SDにデフォルメされたロボットたちが競演するクロスオーバー作品「スーパーロボット大戦シリーズ」の一つで、同シリーズやその関連作品に登場するオリジナルキャラクターのみで構成されるシリーズ内シリーズ「OG(ORIGINAL GENERATION)シリーズ」の作品。OGシリーズのエピソード3にあたる作品だが、タイトルは『スーパーロボット大戦ORIGINAL GENERATION3』ではない。これはエピソード1,2を収録した『スーパーロボット大戦OG ORIGINAL GENERATIONS』(『OGS』)を「第1次」、その続編である本作を「第2次」とカウントしているためである。ただし、シナリオ自体はその間のエピソード2.5を描いた『スーパーロボット大戦OG外伝』(『OG外伝』)からの続きとなっている。
スーパーロボット大戦シリーズ初のPS3専用作品ということで画面の解像度が従来より上がり、HD画質になっている。また戦闘アニメーションにおいて、従来ではユニットと背景が共に2Dで描かれていたが、本作は背景が3Dで描かれるようになり、必殺技では特に視点がダイナミックに動くようになった。なお、『OGS』『OG外伝』から登場するロボットも本作で高解像度用にブラッシュアップされ、戦闘アニメーションも一部新規で追加されている。
新たに『スーパーロボット大戦D』『リアルロボットレジメント』、また前作『OG外伝』ではゲスト出演に留まった『スーパーロボット大戦MX』のキャラクターやメカニックが本格的に登場することが発表されている。その他にも、本作が初登場となるオリジナルロボットも多数出演予定。また、初期シリーズの『スーパーロボット大戦EX』のストーリーも内包している。
当初2011年9月29日発売予定[2]とされていたが、同年7月12日[3]に発売の延期が発表され、2012年5月31日に「今冬発売予定」と発表された。その後、2012年8月9日に改めて発売日が2012年11月29日に決定したことが発表された。