DSでリリースされたスーパーロボット大戦シリーズの3作目。タイトルの「K」の文字は携帯機(KEITAIKI)のKである他、本編中のキーワードの一つとも絡む。全36話/49ステージからなる。今作最大の特徴として、参戦作品は2000年代の比較的新しい作品を中心とした、主に若年層をメインターゲットにした内容になっている。全14作品。シリーズ初参戦は『蒼穹のファフナー』、『ガイキング LEGEND OF DAIKU-MARYU』、『鋼鉄神ジーグ』、『ガン×ソード』、『機動戦士ガンダムSEED C.E.73-STARGAZER-』、『機獣創世紀ゾイドジェネシス』の6作品。