小米Note 3螢幕材質是JDI，加入了第三代康寧大猩猩玻璃。四曲面玻璃機身，但機身中框由不鏽鋼換成了7系航空鋁，主屏尺寸5.5英寸，主屏解析度是1920x1080畫素，螢幕佔比73.9%，觸控式螢幕型別是多點觸控。
小米Note 3是2017年9月11日小米科技在北京工業大學奧林匹克體育館正式釋出主打自拍與大屏手機，採用了和小米6相同工藝的四曲面玻璃機身。小米Note 3搭載驍龍660晶片，支援兩倍的光學變焦拍攝，中框採用金屬材質，提供亮黑、亮藍等配色可選。機身中框由不鏽鋼換成了7系航空鋁，儘管螢幕更大，但重量相對小米6反而輕了5克，相對iPhone 7 Plus輕了25克。小米Note3支援了基於AI演算法開發的人臉解鎖功能，匹配精度更高，安全性更好，搭載1600萬高畫素前置鏡頭，支援更加有針對性的人工智慧演算法美顏。小米Note 3採用與小米6一樣的雙攝模組，也就是1200萬畫素廣角攝像頭+1200萬畫素長焦攝像頭的組合，支援2倍光學變焦、四軸光學防抖和人像拍攝。值得一提的是，小米Note 3加強了人像拍攝的演算法，官方宣稱小米Note 3的人像拍攝比小米6更美。
