Выглядит Xiaomi Mi Note 3 как выросший в размерах Mi 6 — идентично даже расположение модулей двойной камеры на тыльной стороне корпуса. Впрочем, в этом нет ничего удивительного, ведь камера «перекочевала» сюда с Mi 6 без изменений. Она включает два 12-Мп сенсора, один из которых снабжён широкоугольной оптикой с диафрагмой f/1,8 и фокусным расстоянием 27 мм, а другой работает в паре с телеобъективом (f/2,6, 52 мм), обеспечивающим двукратный оптический зум. Камера оборудована двухцветной светодиодной вспышкой, 4-осевой системой оптической стабилизации и фазовым автофокусом. Запись видео возможна в форматах 4K, 1080p и 720p при частоте 30, 60 и 120 кадров/с соответственно. Фронтальный фотомодуль значительно проще, но, тем не менее, обладает разрешением 16 Мп, может снимать Full HD видео и имеет программные функции улучшения автопортретов.
Аппаратной основой Xiaomi Mi Note 3 служит восьмиядерный (4 × Kryo 260 2,2 ГГц + 4 × Kryo 260 1,8 ГГц) 14-нм чип Qualcomm Snapdragon 660 с графикой Adreno 512. Объём оперативной памяти LPDDR4x составляет 6 Гбайт, встроенный накопитель eMMC 5.1 в зависимости от модификации может вмещать 64 либо 128 Гбайт. К выбору версии следует подходит взвешенно, ведь впоследствии расширить флеш-память не получится, так как слот microSD, как и в Mi 6, здесь отсутствует.
Xiaomi Mi Note 3 выполнен в алюминиевом корпусе толщиной 7,6 мм, на котором из разъёмов присутствует только порт USB Type-C. Гнезда для наушников с 3,5-мм штекером нет, зато есть полный набор беспроводных адаптеров: Wi-Fi 802.11a/b/g/n/ac, Bluetooth 5.0, GPS/GLONASS, 4G LTE и NFC. Присутствуют также сканер отпечатка, встроенный в клавишу под дисплеем, и стереодинамики. Источником питания смартфону служит аккумулятор ёмкостью 3500 мА·ч с поддержкой быстрой зарядки Quick Charge 3.0.
В Китае Xiaomi Mi Note 3 поступит в продажу 12 сентября по цене $383 за версию с 64 Гбайт флеш-памяти в чёрном исполнении. Чёрный 128-Гбайт вариант обойдётся в $445, а за синий цвет придётся доплатить $15.