小米手機3采用5英寸1080p屏幕，外觀方面與前兩代產(chǎn)品有著很大的改變，支持超靈敏觸控；擁有驍龍800/Tegra 4兩種配置。中國移動版為NVIDIA Tegra 4，移動用戶不換卡就能享受3G服務。中國聯(lián)通版和中國電信版，為高通驍龍800，支持中國聯(lián)通和中國電信3G。

小米手機3在工藝、整體性能上有較高提升。小米手機3采用鋁鎂合金一體成型工業(yè)設(shè)計方案，整體機身更加牢固強悍，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(zhì)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(wǎng)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(jié)構(gòu)強度提高40%。小米3還有一個亮點，小米3采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。