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。
拍照是小米Note 3的一大重要卖点，小米Note 3采用了和小米6一样双摄方案，同样是1200万像素广角+长焦组合。
可以实现2倍光学变焦，传感器为IMX386，单像素尺寸为1.25微米，支持4轴光学防抖和PDAF相位对焦，光圈F/1.8。长焦镜头焦距为52mm，广角镜头焦距为27mm，支持4K高清录制和120帧720P慢动作拍摄。
小米Note 3 研发团队经过半年调教升级了双摄的算法，能够更加精准的识别人物边缘，也让背景虚化更加自然。
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。
