Проектирование замены для Волги ГАЗ-24 началось еще до ее запуска, в 1967-м году. Согласно замыслу, новая машина должна была отображать современные тенденции мировой автомобильной моды, главным образом США и Европы. Прототип ГАЗ-3101 имел современный на то время квадратный силуэт, пониженный профиль и должен был оснащаться современными атрибутами комфорта, ставшие стандартом для автомобилей подобного класса на Западе. (Кондиционер, гидроусилитель руля, автоматическая трансмиссия и т.д.). Первый ходовой образец был построен 15 декабря 1973-го года. По единой отраслевой нормали «ОН 025270-66» ему был присвоен индекс ГАЗ-3101.
Основной акцент на модернизированной «Волге» был сделан на новую современную светооптику (пр-ва ГДР) и обилие хромированных элементов экстерьера. В интерьер также были внесены довольно значительные изменения: появились абсолютно новая панель приборов (которая послужила образцом для дизайна панели серийного ГАЗ-3102), передние и задние сиденья получили интегрированные подголовники (что значительно повышало безопасность автомобиля), также были модернизированы и другие элементы салона.
С привлечением экспертов «НАМИ» были проведены масштабные испытания серийных ГАЗ-24, призванные выявить недостатки и наметить пути к их устранению. В документе «О мерах к повышению конкурентоспособности советских автомобилей в X пятилетке» от 1976 года, указывалось на недостаточную курсовую устойчивость «Волги» на высоких скоростях, низкую пассивную безопасность и повышенную шумность. Для исправления этих недостатков были предложены конкретные меры, например, введение бесшкворневой передней и пружинной задней подвески, были даже определены некоторые даты, например, оснастить Волги новой подвеской в 1978 году.
Но самое интересное то, что скрывалось у новой экспериментальной модели под капотом – а именно: V-образный 6-цилиндровый мотор объемом 3.0 литра(!)
Силовой агрегат новой Волги был разработан для ГАЗ-24 в середине 1960-х. Он успешно прошел заводские испытания, но тогда Волга с данным мотором (в силу различных причин) в серию не пошла. С автомобилем ГАЗ-3101, завод надеялся воплотить переход на V6.
Но, несмотря на успешные испытания, машины так и не попали на конвейер. Сказывался целый ряд причин, упирающихся в финансовые затраты. Особо следует отметить отношения возглавляющего с 1975-го года Министерство Автомобильной Промышленности СССР Виктора Полякова, который был больше расположен к своему детищу – «ВАЗу».
Результатом этого фаворитизма стали выделенные крупные суммы денег для оплаты немецкой фирме «Porsche», которая должна была оказать помощь советским конструкторам в проектировании переднеприводного семейства «ВАЗов».
Но «потомок» ГАЗ-3101 со значительными упрощениями – ГАЗ-3102, все-таки добрался до конвейера в 1981 году.