小米note3不支持内存扩展，也不可以插内存卡。
小米Note 3复刻了小米6的设计，四曲面玻璃机身，但机身中框由不锈钢换成了7系航空铝合金，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加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。采用5.5英寸全高清显示屏，配备3500mAh大容量电池，采用和小米6相同的广角镜头+长焦镜头的双摄方案，双1200万像素，支持2倍光学变焦拍摄。