1989년 5월 1일 노동절을 맞아 부산 동의대학교 학생들은 전날인 4월 30일의 노동자대회 원천봉쇄에 항의하고 파업을 지지하는 시위를 벌였다. 학생들은 학교 밖으로 진출하여 인근의 가야3파출소에 화염병을 투척하였으며, 경찰은 시위대를 흩어지게 하기 위하여 실탄 24발을 발사하고 주동자를 검거하였다.
다음날 학생들은 경찰의 총기난사 규탄대회를 열고 시위를 벌이며 교문 밖으로 진출하여 다시 화염병을 투척하였다. 이 과정에서 경찰이 시위에 참가한 8명을 추가로 검거하자, 학생들은 시위대로 위장하여 사찰 및 검거 활동을 하던 사복경찰 5명을 붙잡아 도서관에 감금하고 농성하였다.
학생들은 감금한 경찰들과 연행된 학생들을 교환 석방할 것을 요구하였으나, 경찰은 이에 응하지 않았다. 학생들은 결국 5월 3일 오후 2시까지 감금한 경찰들을 석방하겠다고 하였으나 경찰은 5월 3일 오전 3시경 더 이상 기다릴 수 없다며 도서관으로 진입하였다.
경찰이 작전을 전개하는 도중에 도서관 7층에서 화재가 발생하였고, 이 과정에서 경찰관 7명이 사망하였다. 3명은 불에 타 숨지고, 4명은 불길을 피하여 창틀에 매달려 있다가 추락사하였으며, 이밖에 11명이 중화상을 입었다. 진압 결과로 학생 90명이 연행되고 이 가운데 77명이 구속되었다. 구속자 가운데 30명은 특수공무방해치사상 또는 현조건물방화치사상죄 혐의를 적용받아 징역 2년에서 무기징역을, 47명은 집행유예를 선고받았다.
화재 원인에 대해서 검찰은 학생들이 경찰의 진입을 막기 위하여 도서관 복도에 시너와 석유를 뿌리고 화염병을 던졌기 때문이라고 주장하였다. 그러나 재판 과정에서 피고인들이 고문으로 인하여 허위자백을 하였다고 주장하였고, 1심과 2심에서 화재 원인을 달리 판정하였으며, 경찰과 검찰은 화인감정서 제출을 거부하는 등 화재 원인은 명확하게 밝혀지지 않았다.
경찰의 진압 과정에 대해서도 사전에 매트리스를 설치하지 않는 등 안전 조치에 만전을 기하지 않고 무리하게 작전을 진행하였다는 점이 지적되었다. 또 경찰관이 불길을 피하여 창틀에 매달린 광경을 다른 경찰관들이 목격하고서도 지휘관의 명령이 없다 하여 신속한 조치가 이루어지지 않음으로써 결국 추락사로 이어졌다는 주장도 제기되었다.
이 사건은 학생운동에 대한 여론을 악화시키는 계기로 작용하였고 이후로도 학생운동의 폭력성을 부각시킬 때 거론되기도 한다. 당시 노태우 정권은 이러한 여론에 힘입어 공안정국을 형성함으로써 학생운동이 위축되기도 하였다. 이후 2002년 5월 민주화운동 관련자 명예회복 및 보상심의위원회에서 이 사건과 관련된 46명을 민주화운동 관련자로 인정하고 1인당 2500만 원의 보상금을 지급하도록 결정하였다.
순직 경찰관 유족들이 이에 반발하여 유족들의 명예가 훼손되었다며 헌법소원을 냈으나 2005년 10월 헌법재판소는 '순직 경찰관들은 국가유공자로 명예로운 사회적 예우를 받고 있으며, 동의대학생들을 민주화운동자로 인정한다고 하더라도 유족들의 명예를 직접 훼손한다고 할 수 없으므로 기본권 침해의 자기관련성이 인정되지 않는다'는 결정 요지를 다수의견으로 하여 5대4로 각하하였다.
2006년 '동의대 5·3 동지회' 회원 등이 당시 경찰조사 과정에서 고문 등 인권침해가 있었다며 '진실·화해를 위한 과거사 정리 위원회'에 진상 규명을 신청하였으나, 2010년 1윌 위원회는 '노태우 정권은 권위주의 통치 시기에 해당하지 않으므로 조사 대상이 되지 않는다'며 사건을 각하하였다. 2009년 10월에는 부산지방경찰청 앞 동백광장에 이 사건으로 순직한 경찰관 7명을 기리는 추모비가 세워졌다.
