Очень похоже на ответ Игнасио, но для чуть большей краткости:
list3 = [sum(i) for i in zip(list1, list2)]
или
list3 = map(sum, zip(list1, list2))
Я сам предпочитаю версию карты.
Редактировать: Как справедливо отмечает JBernardo, если вы используете Python 2.x, вы должны заменить zip его итератором в itertools.izip для эффективности, но zip по умолчанию использует итераторы в Python 3.