Apenas três modelos de PlayStation 3 são totalmente retrocompatíveis com jogos de gerações anteriores. Quando alguém diz que um PS3 é retrocompatível, geralmente refere-se à capacidade de rodar jogos de PlayStation 2. Um PS3 sem retrocompatibilidade ainda roda jogos de PlayStation 1, pois todos os modelos são compatíveis com PS1. Alguns modelos usam emulação por software, outros integram hardware do PS2.
Os três modelos totalmente retrocompatíveis foram lançados no início do ciclo de vida. Os dois modelos de lançamento vendidos entre novembro de 2006 e novembro de 2007 (chamados de 20 GB e 60 GB pelo tamanho do HD) possuem hardware do PS2 embutido, permitindo total retrocompatibilidade com jogos de PS2. Esse recurso foi removido no modelo de 40 GB, lançado a preço menor em novembro de 2007.
Todas as versões posteriores a novembro de 2007 excluem suporte a jogos de PS2, exceto o modelo limitado CECHE01, conhecido como "Metal Gear Solid 4 Bundle" ou "Retrocompatível 80GB", vendido em pacote com o jogo Metal Gear Solid 4. Este usa emulação por software para jogos de PS2 e não é o único com HD de 80 GB. Tem problemas com alguns jogos de PS2. O outro modelo de 80 GB tem apenas duas portas USB frontais e não roda jogos de PS2.
A Sony redesenhou o PS3 no outono de 2009, vendendo modelos com HD de 120 GB, 250 GB e 320 GB. Esses três sistemas têm mudanças menores entre si, mas não têm retrocompatibilidade com PS2. A menos que varejistas tenham estoque antigo, não é possível comprar novo console com o recurso.
Segundo 1up.com, a Sony patenteou um acessório de retrocompatibilidade para PS3 no outono de 2010. O dispositivo não foi lançado até o verão de 2011; se lançado, permitirá que modelos sem retrocompatibilidade rodem jogos de PS2.
O modelo retrocompatível de 80 GB tem compatibilidade limitada por usar emulação por software. Roda a maioria dos jogos sem problemas, mas alguns não rodam corretamente ou nem rodam. A Sony oferece lista online de jogos retrocompatíveis para ambos os tipos de PS3 retrocompatíveis.