在屏幕方面，小米手机3采用的是来自夏普和LG的高清IPS视网膜屏幕，屏幕尺寸提升至5英寸，分辨率提升至1080P级别，每英寸像素数达到441PPI，与此前小米2/2S的342PPI相比有着大幅的升级。为了解决大屏和更快处理器带来的能耗压力，小米手机3将电池容量增加至3050mAh。

小米手机3在工艺、整体性能上有较高提升。小米手机3采用铝镁合金一体成型工业设计方案，整体机身更加牢固强悍，机身做到了8.1mm超薄厚度，容纳了3050mAh电池、1300万像素相机、高质量音腔和天线。小米手机3采用了夏普/LG5英寸全高清IPS视网膜屏幕，屏幕达到1920×1080分辨率，显示精度比小米手机2提高28%。屏幕采用康宁大猩猩三代玻璃，可见划痕减少40%，结构强度提高40%。

米3还有一个亮点，就是屏幕可以戴手套直接操作，解决了用户冬天操作触屏手机的痛点。