小米Note 3屏幕材质是JDI，加入了第三代康宁大猩猩玻璃。四曲面玻璃机身，但机身中框由不锈钢换成了7系航空铝，主屏尺寸5.5英寸，主屏分辨率是1920x1080像素，屏幕占比73.9%，触摸屏类型是多点触控。
小米Note 3是2017年9月11日小米科技在北京工业大学奥林匹克体育馆正式发布主打自拍与大屏手机，采用了和小米6相同工艺的四曲面玻璃机身。小米Note 3搭载骁龙660芯片，支持两倍的光学变焦拍摄，中框采用金属材质，提供亮黑、亮蓝等配色可选。机身中框由不锈钢换成了7系航空铝，尽管屏幕更大，但重量相对小米6反而轻了5克，相对iPhone 7 Plus轻了25克。小米Note3支持了基于AI算法开发的人脸解锁功能，匹配精度更高，安全性更好，搭载1600万高像素前置镜头，支持更加有针对性的人工智能算法美颜。小米Note 3采用与小米6一样的双摄模组，也就是1200万像素广角摄像头+1200万像素长焦摄像头的组合，支持2倍光学变焦、四轴光学防抖和人像拍摄。值得一提的是，小米Note 3加强了人像拍摄的算法，官方宣称小米Note 3的人像拍摄比小米6更美。
