三維動畫的製作流程與二維動畫的流程基本類似，但三維動畫是數字時代的產物，其所用的資源及成本遠遠高於二維動畫。這也就決定了三維動畫的製作流程比二維動畫的籌劃、統計更精確。在製作流程的開始階段同樣要進行劇本創作、角色場景設定等一係列設計步驟，進入實質的製作階段，由於是運用各種操作平台上的三維動畫製作軟件，則可以實現更具有視覺衝擊力的鏡頭效果。
三維動畫的製作同樣需要團隊，除了需要設計、繪畫方麵的團隊，還要有建模團隊、材質團隊和動畫團隊。但是大多數國外的公司和工作室，工作人員一般都是身兼數職，這也有利於一部動畫風格的統一。
4.4.1 故事板
故事板的運用，其實就是二維動畫中的分鏡頭劇本，隻不過所描繪的是電影中的鏡頭，因為在三維製作軟件裏，可以用“攝像機”模擬真實的攝影技巧，所以必須要在故事板上明確地描繪出電影的鏡頭，包括每一個鏡頭的人物動向、場景的轉換等。
在製作初期，可能由於各種原因資料配置不全，所以多數是畫出草圖。但是像《指環王》這類大製作高成本的電影，不可能開拍之後再由導演或製片隨意更改劇本，所以一旦劇本、設定達成一致，就會專門繪製一套高精準的故事板，此後的攝像機角度、特效、人物動作，一切都以故事板為準，所以繪製故事板是三維動畫中比較關鍵的一環。
4.4.2 建模
自2000年以來，三維動畫主要分為純三維動畫、電影特效動畫、建築動畫、廣告媒體動畫等。
這幾類動畫形式所用的操作軟件基本相同，國內主流的軟件為Autodesk公司的MAYA和3DS MAX。而國外的大型電影公司或工作室（如夢工廠），通常會從軟件公司定製專門的三維製作軟件。雖然這些軟件可能在某些性能上比大眾化的軟件更為突出，但是在建模、特效方麵仍然要規範於各類三維動畫的要求。
2000年以前，根據操作軟件的不同，對於模型的要求也不同，這屬於軟件的計算模式。MAYA的建模是需要“四方麵”，即四條邊組成一個麵，在渲染時不容易出錯。而且在物體運動拉伸，特別是布料一類的模型，在動畫中會產生變形的物體，根據動力學的計算，三條邊成的“三角麵”跟“四方麵”會對計算產生影響，但是隨著軟件的發展，自從MAYA升級到8.5以來，對於“三角麵”跟“四方麵”的要求並不那麼明確了，但是仍然需要建模師能夠在建模的時候布線合理，思路清晰。
純三維動畫，就是動畫中的場景人物、一草一木都是全三維製作的，多數都是電影動畫或是遊戲的過場動畫，根據要求不同，模型的製作方法也不同。這裏不是指模型的精細程度（所有的三維動畫都希望模型能夠精細），而是說不同模型的運動機理，例如《最終幻想》電影版裏麵的人物模型，人物的所有關節，肌肉運動都是寫實的，所以在建模的時候就要有意識地豐富關節處的麵的精細程度，因為製作的下一步需要用骨骼綁定以便實現其運動。如果關節處的麵不夠豐富，模型運動的時候就會出現嚴重的走形，即使進行處理也達不到理想的效果。又例如《怪物電力公司》裏的怪物們，形象完全卡通，動作誇張可笑，有的怪物張開嘴甚至會占到身體比例的二分之一。這就需要建模團隊充分考慮生物體模型在動作的時候，關節及關鍵部位的建模造型問題。
電影特效動畫，是指在科幻、魔幻、恐怖等類型的電影中用動畫來虛擬現實中不存在的場景、生物等。這種三維動畫，往往會追求建模的極致效果，因為主要演員都是真人，為了使場景或生物跟真實的景物配合，必須做到最真實的效果。所以電影特效動畫的建模師，比較喜歡運用純建模的軟件，如ZBrush、modo等，將模型建好之後再導入MAYA等軟件中實施渲染。
建築動畫在國內主要使用3DS MAX製作，因為3DS MAX屬於工程類工作軟件，比較適用於製作規矩的物體，如建築物、機械類。
廣告媒體動畫裏主要運用的是MAYA等軟件中的特效功能，製作出電視或網絡廣告的特殊效果。在建模中還要考慮模型所在的位置，用以決定它的精細程度。例如離鏡頭非常近的模型一定需要非常精細，而遠處看不清的則可以用粗模代替。
4.4.3 鏡頭預演與動畫
由於多數三維動畫製作成本較高，所以為了避免出現紕漏，會在動畫製作前期利用精簡的模型，在三維空間裏（現在一般在電腦裏）做動畫的預演。這部分工作一般由動畫師來做，主要由攝像機的運動和鏡頭的時間長短控製，以《黑客帝國》為例，在第二部中主人公與敵人在一條高速公路上的拉鋸戰僅僅靠“故事板”難以表達清楚，因為鏡頭銜接複雜，特效豐富多樣，曾被譽為“不可能完全實現的創意”。但是導演在三維軟件上虛擬現實場景，並做了大量鏡頭預演：首先確定各個鏡頭的時間長度，然後設定攝像機的範圍，更繁瑣的人物受攻擊後的動作、車輛爆炸後煙火的動向等，都可以在鏡頭預演裏實現。