机身正面，小米Note 3使用了一块5.5英寸屏幕，配以2.5D玻璃，窄边框，这都是目前的主流设计。但还是会令人感觉略惊艳，这在于机身配色。
亮蓝色版本前面板也为蓝色，显得颇为个性，凸显出了一定差异化。正面底部采用了来自汇顶科技的无孔式指纹识别方案。
无孔式指纹识别方案首次出现在小米5s上，但因为超声波指纹识别方案的不成熟，在识别速度上存在缺陷。小米Note 3使用的是更加成熟的电容式指纹识别方案，在识别速度和准确率上表现出色。
小米Note 3依然主打变焦双摄，在宣传语上，为了与小米6区分开，雷军在发布会上还调侃为“拍人更美了”。
小米Note 3后置双摄像头无论是型号还是功能都与小米6相同，如双1200万像素，广角+变焦解决方案，广角镜头f/1.8光圈，长焦f/2.6光圈。
小米Note 3依旧支持4轴光学防抖、2倍光学变焦、PDAF相位对焦、人像模式、4K视频拍摄等。前置方面，小米Note 3进行了升级。
采用了1600万像素，而在暗光下，系统会智能的将4个像素合成一个2μm的大像素，有效提升画面亮度，提升暗部解析力。
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。
并且小米Note 3的骁龙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。
