小米Note3整体外观也像小米6一样，采用四曲面玻璃+金属中框。不过边框由小米6上的不锈钢改为更轻便的7系航空铝，相对于小米6重量降低了5g，拥有蓝色、亮黑可选。

硬件方面，作为主打线下的小米Note 3采用了高通骁龙660、6GB+64GB/128GB，全功能NFC，以及3500mAh的电池，得益于骁龙660的特性，小米Note 3支持QC 3.0快充技术，人脸解锁。拍摄方面，这款手机在自拍上下了不少功夫：采用了前置1600万像素+AI美颜技术，后置摄像头则采用和小米6相同的“一长焦、一广角”的双摄方案。