Einfache texturbasierte Skyboxen hatten gravierende Nachteile. Sie konnten nicht animiert werden, und alle Objekte würden im Unendlichen gleich weit entfernt erscheinen. Ab den späten 1990er Jahren bauten einige Spieledesigner kleine Mengen von 3D-Geometrie, um in der Skybox zu erscheinen, um eine bessere Illusion von Tiefe zu erzeugen, zusätzlich zu einer traditionellen Skybox für Objekte, die sehr weit entfernt sind. Diese konstruierte Skybox wurde an einem unerreichbaren Ort platziert, normalerweise außerhalb der Grenzen des spielbaren Teils des Levels, um zu verhindern, dass Spieler die Skybox berühren.

In älteren Versionen dieser Technologie, wie sie im Spiel Unreal vorgestellt wurden, beschränkte sich dies auf Bewegungen am Himmel, wie z. B. die Bewegungen von Wolken. Elemente können von Ebene zu Ebene geändert werden, z. B. die Positionen von Sternobjekten oder die Farbe des Himmels, wodurch die Illusion eines allmählichen Wechsels von Tag zu Nacht entsteht. Die Skybox in diesem Spiel scheint immer noch unendlich weit entfernt zu sein, da die Skybox, obwohl sie 3D-Geometrie enthält, den Betrachtungspunkt nicht zusammen mit der Bewegung des Spielers durch das Level bewegte.Neuere Engines, wie die Source-Engine, setzen diese Idee fort und ermöglichen es der Skybox, sich mit dem Player zu bewegen, wenn auch mit einer anderen Geschwindigkeit. Da die Tiefe bei der relativen Bewegung von Objekten wahrgenommen wird, Wenn sich die Skybox langsamer als die Ebene bewegt, wird die Skybox weit entfernt angezeigt, aber nicht unendlich. Es ist auch möglich, aber nicht erforderlich, 3D-Geometrie einzubeziehen, die die zugängliche Spielumgebung umgibt, z. B. unerreichbare Gebäude oder Berge. Sie werden in einem kleineren Maßstab entworfen und modelliert, typischerweise 1/16, und dann von der Engine gerendert, um viel größer zu erscheinen. Dies führt zu weniger CPU-Anforderungen, als wenn sie in voller Größe gerendert würden. Der Effekt wird als „3D Skybox“ bezeichnet.

Im Spiel Half-Life 2 wurde dieser Effekt ausgiebig genutzt, um die Zitadelle zu zeigen, eine riesige Struktur im Zentrum von City 17. In den letzten Kapiteln des Spiels reist der Spieler durch die Stadt in Richtung Zitadelle, wobei der Skybox-Effekt ihn mit der Spielerbewegung immer größer und größer werden lässt und vollständig als Teil des Levels erscheint. Wenn der Spieler die Basis der Zitadelle erreicht, wird sie in zwei Teile zerbrochen. Ein kleiner unterer Teil ist Teil der Hauptkarte, während sich der obere Teil in der 3D-Skybox befindet. Die beiden Abschnitte werden nahtlos miteinander verschmolzen, um als eine einzige Struktur zu erscheinen.