Uppgifterna kommer från den federala säkerhetstjänsten FSB. Två av de gripna "samlade in information om strategiska faciliteter", skriver nyhetsbyrån Interfax. Den tredje påstås ha planerat ett bombdåd.
"Vi har emottagit material som bekräftar att den ukrainska militära underrättelsetjänsten planerat terrorism i vårt land", meddelar FSB enligt Interfax.
Rysslands och Ukrainas utrikesministrar Sergej Lavrov och Dmytro Kuleba är på plats för ett möte i Sverige torsdag-fredag inom Organisationen för säkerhet och samarbete i Europa. Mötet hålls nära Arlanda utanför Stockholm.