Подводная лодка тип «Щ» III серии заложена в 5 февраля 1930 года на заводе №-189 (Балтийский завод) в Ленинграде. 6 ноября 1931 года спущена на воду, 11 октября 1933 года вступила в строй, 14 октября 1933 года вошла в состав Морских сил Балтийского моря.
В сентябре 1939 года в составе 14-го дивизиона подводных лодок КБФ Щ-302 принимала участие в патрулировании Финского залива. С октября 1939 года по июнь 1941 года Щ-302 на заводе №-194 (Кронштадтский морзавод) прошла капитальный ремонт и модернизацию.
22 июня 1941 года подводная лодка встретила в составе Отдельного учебного дивизиона ПЛ КБФ.
10 октября 1942 года в составе третьего эшелона подводных лодок Краснознаменного Балтийского флота, Щ-301 вышла в Боевой поход. В ночь на 11 октября Щ-302 под эскортом канонерской лодки «Москва» и базовых тральщиков достигла Лавенсаари. Из-за сильного ветра корабли эскорта укрылись в бухте Ногге-Каппельлахт.
Щ-302 не заметив сигналов, продолжила движение. Больше подводную лодку никто не видел. На связь она не выходила. В базу в назначенный срок так же не вернулась.
По данным «Балтийского Морского Общества» в результате поисковых работ в 2003 году, проведенных в районе севернее острова Большой Тютерс, на глубине пятьдесят пять метров был обнаружен объект длинной около пятидесяти восьми метров с характерной рубкой по центу корпуса. Предположительно он был идентифицирован как подводная лодка Щ-302.
В 2012-2017 года обнаруживалась на сонограммах района минного заграждения «Зееигель» 2014 и 2017 года. Осмотр подводной лодки не проводился.
5 мая 2019 года по сообщению руководителя экспедиции «Поклон кораблям Великой Победы», обнаружена и обследована в акватории Финского залива неподалёку от острова Большой Тютерс. Щ-302 лежит на глубине в шестьдесят семь метров. Первое погружение и осмотр показали, что подводная лодка погибла в результате подрыва на противолодочной мине в районе третьего отсека с правого борта. Подводная лодка двигалась под водой, и, когда произошел взрыв, резко наклонилась носом вниз, потеряла плавучесть и вошла в грунт под углом двадцать градусов. Щ-302 лежит на грунте, её носовая часть зарыта в ил почти по палубу, а корма висит в 4-5 метрах над грунтом.
12 октября 1942 г. (предположительно). – Великая Отечественная война. Балтийский флот. Средняя подводная лодка «Щ-302» повреждена 12 октября в районе Суурсаари. Потоплена финским самолётом 14 октября у о. Большой Тютерс. Погибли:
- капитан 3 ранга Нечкин Вадим Дмитриевич – командир ПЛ, 1901 года, г. Казань
- старший политрук Войнов Никита Васильевич – военком, 1909 года, Московская область, д. Вокрынка
- старший лейтенант Васильев Михаил Федотович – помощник командира, 1915 года, Ленинградская область, с. Усть-Ижора
- старший лейтенант Пупков Геннадий Александрович – командир БЧ-1, 1919 года, Новосибирская область, г. Мариинск
- старший лейтенант Титов Вячеслав Дмитриевич – дублер командира БЧ-1, 1913 года, Ивановская область, д. Коленово
- старший лейтенант Лупов Иван Федорович – командир БЧ-3, 1917 года, Кировская область, д. Максимовцы
- старший инженер лейтенант Куркчи Борис Никитич – командир БЧ-5, Сталинская (Донецкая) область г. Мариуполь
- старший военфельдшер Поляков Арсентий Андреевич – лекарский помощник, Кировская область, д. Кузнечата
- главный старшина Александров Александр Михайлович – старшина электриков, 1913 года, Ярославская область, д. Попичев
- старший краснофлотец Антонов Федор Алексеевич – старший торпедист, 1920 года, Смоленская область, д. Дорожкино
- старшина 1 статьи Большак Павел Семенович – старшина радистов, 1917 года, Днепропетровская область, с. Лоцман
- старшина 2 статьи Гладков Иван Иванович – старший моторист, 1918 года, Запорожская область, г. Ногайск
- краснофлотец Гольберг Фраим Гершович – трюмный, 1919 года, Одесская область, г. Бердычев
- главный старшина Еремин Александр Константинович – старший моторист, 1915 года, Вологодская область. с. Любец
- краснофлотец Жуховцев Анатолий Дмитриевич – рулевой, 1921 года, Могилевская область, г. Бобруйск
- старший краснофлотец Заворотный Андрей Митрофанович – старший электрик, 1921 года, Киевская область, с. Холопья
- краснофлотец Иванов Ефим Иванович – строевой, 1918 года, Новгородская область, д. Бурцево
- мичман Калабин Иван Петрович – старшина торпедистов, 1913 года, Московская область, д. Тишково
- старший краснофлотец Калинин Александр Федорович – рулевой, 1920 года, Калининская (Тверская) область, с. Ливицы
- краснофлотец Касаткин Валентин Петрович – радист, 1921 года, Московская область, Рабочий поселок
- старший краснофлотец Кияшко Николай Семенович – электрик, 1917 года, Марийская АССР, г. Козьмодемьянск
- старший краснофлотец Клименко Анатолий Степанович – электрик, 1920 года, Харьковская область, с. Нижняя Парафьевка
- краснофлотец Котляр Петр Максимович – командир отделения акустиков, 1921 года, Харьковская область, г. Золочев
- старший краснофлотец Медведок Федор Яковлевич – моторист, 1920 года, Черниговская область, с. Костоборово
- старшина 2 статьи Мосин Сергей Яковлевич – командир отделения мотористов, 1919 года, Рязанская область, д. Шатово
- главный старшина Назаров Алексей Павлович – старшина трюмный, 1915 года, г. Москва
- главный старшина Никуленко Владимир Михайлович – боцман, 1913 года, Днепропетровская область, д. Воропаевка
- старшина 2 статьи Прибыльский Николай Михайлович – командир отделения торпедистов, 1919 года, Запорожская область, п. Южный
- старшина 2 статьи Смолин Александр Дементьевич – старший рулевой, 1919 года, Куйбышевская (Самарская) область, с. Теякино
- старшина 1 статьи Соков Алексей Иванович – старшина радистов, 1915 года, г. Тула – пропал без вести в сентябре 1941 года
- старшина 2 статьи Сосновый Михаил Филиппович – командир отделения СКС, 1921 года, Краснодарский край х. Куликов
- краснофлотец Стригин Дмитрий Степанович – кок, 1919 года, Тамбовская область, с. Западные Старинки
- старший краснофлотец Табаков Михаил Васильевич – старший торпедист, 1920 года, Московская область, д. Морозовка
- краснофлотец Тригуб Григорий Иванович – моторист, 1921 года, Черниговская область, с. Жерновка
- старшина 1 статьи Фролов Алексей Федорович – командир отделения штурманских электриков, 1918 года, Вологодская область, д. Гуляево
- старшина 1 статьи Чепелкин Николай Петрович – командир отделения электриков, 1915 года, Орловская область, д. Моховое
- старшина 2 статьи Шашков Владимир Васильевич – трюмный, 1918 года, Архангельская область. д. Новинки
- краснофлотец Шпринер Александр Николаевич – моторист, 1919 года, Черниговская область, м. Засуло Пронинский
- старшина 2 статьи Шуст Кузьма Егорович – командир отделения рулевых, 1918 года, Черниговская область, с. Галица
Вечная память не вернувшимся с задания, погибшим морякам, до сих пор цинично числящихся по документам, пропавшими без вести