Iphone 3G đã được cài đặt sẵn phiên bản mới nhất của hệ điều hành iPhone OS và liên tục nhận các bản cập nhật phần mềm trong 2 năm. Tuy nhiên, dòng điện thoại được tiếp cận với một tỷ lệ giảm của các tính năng mới với mỗi lần cập nhật do phần cứng của nó đã bị thay thế bởi phiên bản sau.

Lúc ra mắt vào tháng 7 năm 2008, iPhone 3G đã cài đặt sẵn với hệ điều hành iPhone OS 2.0. Hệ điều hành này giới thiệu App Store, hỗ trợ Microsoft Exchange ActiveSync, dịch vụ MobileMe của Apple, và email đẩy cùng với các tính năng mới và sửa lỗi.

Vào tháng 6 năm 2009, người dùng iPhone 3G nhận được bản cập nhật hệ điều hành iPhone OS 3.0, trong đó giới thiệu tính năng chờ đợi MMS, sao chép và dán, hỗ trợ màn hình ngang cho nhiều ứng dụng, âm thanh stereo Bluetooth, và các cải tiến khác.

Vào tháng 6 năm 2010, Apple ra mắt bản cập nhật hệ điều hành iOS 4.0. Không như các bản kế nhiệm, iPhone 3G không hỗ trợ những tính năng nổi bật của iOS 4.0 như đa nhiệm, khả năng đặt hình nền cho màn hình chính, hay hỗ trợ bàn phím bluetooth. Tuy nhiên nó cung cấp tính năng truy cập vào hộp thư thống nhất, thư mục màn hình chính để quản lí ứng dụng tốt hơn, tạo playlist, và các cải tiến khác. Bản cập nhật này bị chỉ trích rộng rãi vì hiệu năng kém trên iPhone 3G, cho đến tháng 9 năm 2010, iOS 4.1 ra mắt mới giải quyết vấn đề này. Tuy nhiên, không như nhiều thiết bị iOS khác, bản cập nhật này lại không cung cấp cho người sở hữu iPhone 3G truy cập vào các tính năng quan trọng, trong trường hợp này là ứng dụng Game Center.