小米MIX3的机身三围数据分别是157.89mm、74.69mm、8.46mm；重量为215g。

　　小米MIX 3的外观，正面几乎全是屏幕，6.39英寸AMOLED屏幕，屏占比达到了93.4%，屏幕顶部的边框还隐藏了光线和距离感应器，屏幕顶部边框的中间位置还有个附有防尘网的听筒开孔。小米MIX 3采用磁动力滑盖全面屏设计方案，下滑屏幕就能看到下方的双摄、真正的听筒开口和补光灯，接听电话就通过这个真正的听筒听音；合上屏幕，则通过屏幕上方的开孔进行导音，免去必须滑下屏幕听电话的麻烦。相比顶部滑出区域的镜面设计，底部滑出区域的设计要好很多，采用了菱格的设计，可以避免沾灰尘和指纹烦恼。

　　小米MIX 3底部开孔采用了对称设计，没有保留3.5mm的耳机接口，使用USB Type-C耳机。小米MIX 3的左侧边框上还独立设置了AI键，长按即可快速唤起小爱同学，避免了语音唤醒不识别的尴尬，AI键还可以独立设置单击和双击功能，例如打开相机、截图和打开支付宝扫一扫功能等。小米MIX 3的背部设计延续了小米8的设计风格，类苹果的双摄和闪光灯排列；背壳的材质延续了MIX系列的陶瓷材质，这也是背部最大的亮点。手机外观四曲面彩色陶瓷机身，拥有宝石蓝色、翡翠色和黑色。