Mi Mix luôn được xem là dòng sản phẩm cao cấp nhất của Xiaomi, hội tụ những gì sáng tạo nhất, độc đáo và cao cấp nhất. Trên Mi Mix 3, Xiaomi đã loại bỏ phần cằm khó chịu ở phía dưới màn hình và thay thế vào đó là camera pop-up trượt thủ công nhờ nam châm vĩnh cửu neodymium đã được cân chỉnh. Khi màn hình được kéo xuống, cơ chế từ tính ngay lập tức sẽ được kích hoạt và kết thúc quá trình trong tích tắc với một lực vừa phải.
Nhờ sử dụng camera pop-up mà diện tích hiển thị trên Mi Mix 3 chiếm tới 93,4%, gần như lớn nhất trong thế giới smartphone hiện tại. Màn hình trên Mi Mix 3 có kích thước 6.39-inch sử dụng tấm nền AMOLED độ phân giải 2340 x 1080-pixel với tỷ lệ khung hình 19,5:9.
Ẩn bên trong thân máy Mix 3 là hệ thống camera selfie kép mặt trước có độ phân giải 24MP (IMX 576) và 2 MP. Hãng cho biết, trong điều kiện thiếu sáng, cảm biến sử dụng công nghệ Super Pixel để kết hợp thông tin của 4 điểm ảnh thành 1 điểm ảnh lớn, cải thiện rõ rệt sự trong trẻo của bức ảnh nhờ nhiều điểm ảnh lớn 1,8 µm, còn camera phụ có độ phân giải thấp dùng để đo độ sâu trường ảnh. Hãng cũng trang bị thêm tính năng quay video xoá phông theo thời gian thực và khung cảnh.
Trong khi đó, camera sau của Mi Mix 3 vẫn sử dụng cảm biến ảnh của Mi 8 với độ phân giải 12MP +12MP, nhưng camera chính sẽ có góc chụp rộng hơn so với người anh em Mi 8 và hỗ trợ thêm tính năng quay chậm 960fps chất lượng HD. Đáng tiếc máy vẫn chỉ có chống rung 1 camera. Về cấu hình, Mi MIX 3 sử dụng con chip Snapdragon 845, các tùy chọn RAM 6 GB. bộ nhớ trong 128 GB, RAM 8 GB và bộ nhớ trong 128 GB/ 256 GB và đặc biệt có thêm phiên bản RAM 10 GB cùng bộ nhớ trong 256 GB.