配置方面，小米Note 3采用5.5英寸护眼屏（550nit高亮屏+阳光屏），支持1nit超暗夜光屏，4096级智能背光调节，搭标配6GB内存，支持全功能NFC。
拍照方面，小米Note 3完整继承了小米6的后置双摄，采用索尼IMX 386传感器，支持四轴光学防抖。此外，经过半年多的调教，小米Note 3升级了相机算法，边缘识别更精准，背景虚化更自然。
自拍是小米Note 3最大的亮点，升级到1600万AI美颜前置相机（2μm合成大像素），号称化妆级美颜，支持分区域美化策略，226个骨骼打点，3D塑形瘦脸。
另外该机还支持人脸解锁，采用RGB智能识别方案，锁屏时点亮屏幕，匹配面部数据看一眼解锁，另外该机支持全功能NFC。
小米Note 3搭载高通骁龙660处理器，是目前炙手可热的骁龙6系处理器，被称为“旗舰影像处理器”。它是骁龙6系中首款使用自主Kryo架构的芯片。
之前只有骁龙8系才会有这个技术。并且骁龙660是骁龙6系中首款使用Spectra ISP图像处理器的芯片，这也是之前骁龙8系才会采用的技术。
