Xiaomi Mi MIX 3 mang tới một thiết kế hoàn toàn lột xác so với các dòng Mi MIX khác của Xiaomi. Cụ thể, phiên bản này được áp dụng thiết kế trượt nam châm để ẩn đi camera trước, loa và các cảm biến.

Nhờ kết cấu camera trượt, Mi MIX 3 có viền màn hình cực mỏng, đưa nội dung hiển thị tràn ra sát các mép cạnh (tỷ lệ màn hình/thân máy lên đến 93,4%). Kết hợp cùng mặt lưng gốm bóng bẩy bo cong ở cả 4 cạnh và khung viền kim loại cứng cáp.

Xiaomi trang bị cho Mi MIX 3 màn hình kích thước 6,39 inch, độ phân giải Full HD+ với tỷ lệ 19,5:9 và tấm nền AMOLED, được bảo vệ bởi lớp kính cường lực Gorilla Glass 5 hứa hẹn cho trải nghiệm giải trí ấn tượng.

Về cấu hình, Mi MIX 3 có bộ vi xử lý Snapdragon 845, các tùy chọn bộ nhớ RAM 6 GB (bộ nhớ trong 64 GB), RAM 8 GB (bộ nhớ trong 128 GB) và RAM 10 GB (bộ nhớ trong 256 GB). Ngoài ra, máy còn dùng thỏi pin 3.200 mAh hỗ trợ sạc nhanh QuickCharge 4.0 kèm sạc không dây.

Về camera, Mi MIX 3 được trang bị camera kép ở cả mặt trước lẫn mặt sau, trong đó cụm camera phía trước được đặt trong bộ phận trượt (thực hiện bằng thao tác thủ công thay vì tự động như OPPO Find X), camera này dùng cảm biến Sony IMX576 24 MP với khẩu độ f/2.2 và máy ảnh phụ 2 MP tạo hiệu ứng bokeh.

Mặt sau, máy dùng hệ thống camera kép 12 MP +12 MP, sử dụng cùng cảm biến với Mi 8. Hệ thống camera này được đặt trên mặt lưng gốm như các thế hệ MIX trước đó của Xiaomi. Xiaomi còn tích hợp camera chống rung quang học 4 trục, hỗ trợ khả năng quay phim 4K và quay chậm 960 khung hình trên giây.