小米3的星空灰不是黑色，是接近黑色的灰色。
小米3采用塑料材质，机身厚度为8.1mm，机身侧边加入弧线型设计，与诺基亚Lumia系列机型外观较为接近，与前两代的圆润机身有着很大的区别。
小米3用的摄像头组合为1300万像素主摄像头+200万像素前置摄像头的组合，主摄像头的光圈为f/2.2，配备飞利浦双LED闪光灯，最高可支持1300万像素每秒连拍10张。同时，小米3还支持NFC与米Hi-Fi等功能。
小米手机3采用了全球首发的NVIDIA Tegra 4和高通骁龙800最新版“8 ×74AB系列”中的 8274AB（联通制式） 和 8674AB（电信制式）顶级四核处理器。