小米手機3機身做到了8.1mm超薄厚度，容納了3050mAh電池、1300萬像素相機、高質量音腔和天線。小米手機3采用了夏普/LG5英寸全高清IPS視網膜屏幕，屏幕達到1920×1080分辨率，顯示精度比小米手機2提高28%。屏幕采用康寧大猩猩三代玻璃，可見劃痕減少40%，結構強度提高40%。小米3還有一個亮點，小米3采用Atmel公司的maXTouch觸控方案，可以支持戴手套直接操作，解決了用戶冬天操作觸屏手機的痛點。
外觀：采用鎂鋁合金一體框架壓鑄成型，機身厚度為8.1mm，機身側邊加入弧線型設計，與Lumia機型外觀較為接近，與前兩代的圓潤機身有著很大的區別。
處理器：有高通驍龍800和NVIDIA Tegra 4兩種版本，驍龍800版對應的是中國聯通的WCDMA和中國電信的CDMA2000網絡，而Tegra 4版本則專屬中國移動的TD-SCDMA網絡。
