Le Leggende sono riuscite a fermare la Legione del Destino ma come conseguenza hanno rotto il tempo, riempiendo la storia di anacronismi. Rip Hunter nel frattempo ha fondato una nuova organizzazione, L’Agenzia del Tempo, che si occupa di rimuovere gli anacronismi e vede le Leggende come un pericolo. In questa stagione un nuovo personaggio, Zari Tomaz, una donna del 2042, Wally West / Kid Flash e John Constantine si uniranno alle Leggende, che dovranno anche vedersela con Mallus, Damien Darhk e sua figlia Nora.
In Legends of Tomorrow 3 protagonisti sono Martin Stein / Firestorm (stagioni 1-3), interpretato da Victor Garber, Ray Palmer / Atom (stagioni 1-5), interpretato da Brandon Routh, Rip Hunter (stagioni 1-2, ricorrente stagione 3), interpretato da Arthur Darvill, Sara Lance / White Canary (stagioni 1-in corso), interpretata da Caity Lotz, Jefferson Jackson / Firestorm (stagioni 1-3), interpretato da Franz Drameh, Kendra Saunders / Hawkgirl (stagione 1), interpretata da Ciara Renée, Carter Hall / Hawkman (stagione 1), interpretato da Falk Hentschel, Gideon (stagioni 1-in corso), doppiata in originale da Amy Pemberton, Mick Rory / Heat Wave (stagioni 1-in corso), interpretato da Dominic Purcell, Leonard Snart / Captain Cold (stagione 1, ricorrente stagione 2, guest star stagione 3), interpretato da Wentworth Miller, Eobard Thawne / Anti-Flash (stagione 2), interpretato da Matt Letscher, Amaya Jiwe / Vixen (stagioni 2-3); Charlie / Clotho (stagioni 4-in corso) interpretate da Maisie Richardson-Sellers, Nate Heywood / Acciaio (stagioni 2-in corso), interpretato da Nick Zano, Zari Tomaz (stagioni 3-in corso), interpretata da Tala Ashe, Wally West / Kid Flash (stagione 3), interpretato da Keiynan Lonsdale, Ava Sharpe (stagioni 4-in corso, ricorrente stagione 3), interpretata da Jes Macallan, John Constantine (stagioni 4-in corso, ricorrente stagione 3), interpretato da Matt Ryan, Nora Darhk (stagioni 4-5, ricorrente stagione 3), interpretata da Courtney Ford.