Thiết kế trượt không chỉ tạo không gian cho camera trước và ăng-ten, mà còn tối ưu hóa màn hình tràn viền. Mi MIX 3 trang bị màn hình Samsung AMOLED FHD+ 6.39 inch, độ phân giải 2340 x 1080-pixel với tỉ lệ khung hình 19,5:9. Viền màn hình tiếp tục được giảm thiểu so với người tiền nhiệm để đạt được tỉ lệ diện tích màn hình so với thân máy lên đến 93,4%.
Mi MIX 3 trang bị cụm camera kép ở mặt sau 12 MP +12 MP, đi kèm theo đó là chế độ chụp đêm bao gồm các tính năng như chống nhiễu hạt đa khung hình bằng phần cứng, độ sáng AI, ổn định và cân chỉnh hình ảnh AI, hỗ trợ chống rung quang học 4 trục. Camera sau cho phép quay phim 4K và quay chậm 960 khung hình trên giây, video sẽ được tự động thêm hiệu ứng âm thanh dựa theo chuyển động của video nhờ sự hỗ trợ của tính năng nhạc nền AI.
Cụm camera trước trang bị cảm biến IMX576 của Sony với độ phân giải 24 MP + 2 MP, 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.
Ngoài những màu sắc cũ, Mi MIX 3 có thêm màu Sapphire Blue với mặt lưng bằng gốm.
Lần đầu tiên, Xiaomi đã thêm một nút AI chuyên dụng vào cạnh trái của điện thoại. Người dùng có thể kích hoạt trợ lý giọng nói Google bằng cách giữ nút AI và tùy chỉnh một lần nhấn và nhấn đúp để thực hiện các chức năng khác. Mi MIX 3 cũng hỗ trợ chuẩn sạc không dây Qi và tặng kèm sạc không dây 10 W.
