Xperia XZ3拥有曜石黑、皓雪銀、森林绿和波尔多红四种配色。其正面采用全新的曲面屏幕让整机的品质感得到巨大提升。额头下巴部分则相比过去的索尼手机有着大幅度缩小，并且在下巴部分保留了广受好评的扬声器。背面则与上代类似，索尼称为Ambient Flow的曲面设计对于握感有着巨大提升，排布上仍然是背部指纹识别模块，激光对焦，但这代的9.9mm厚度相比上代11.1mm终于回到了主流。
参数上，这块屏幕除了来自索尼电视的迅锐图像处理引擎技术、特丽魅彩技术外，史无前例地使用了OLED材质，这让其新增了HDR功能，也让整机功耗厚度及边框得到了控制；并且这块屏幕的分辨率高达2880×1440，据外媒测试这块2K屏来自LG，并且有着出色的显示效果。
由于曲面屏幕的采用，Xperia XZ3上新增了Side Sense技术，简而言之就是类似HTC的边框交互方式，通过触摸边框进行安卓系统的返回、进入等操作；相机界面的拍照操作等提高了单手握持的效率。XZ3加入了AI侧屏感应菜单功能，通过对侧边的触控触发以选择用户可能想要的应用。
相机方面，前置相机升级到了1300万像素，1/3.06寸的CMOS相比上代强大了许多，但相比国内厂商无脑堆前置的做法还是略逊一筹。主相机为1900万像素，1 / 2.3" Exmor RS CMOS；功能上则是小修小补，继续搭载BIONZ移动图像处理引擎，4K HDR摄录、预测拍摄等功能都继承了下来，而出色的960帧慢动作摄录分辨率提升到了1080P。
配置上，索尼Xperia XZ3采用了高通骁龙845移动平台，内存组合为6GB+64GB，采用USB-C接口，卡槽为SIM卡Micro SD卡三选二，可支持至移动联通双4G，不支持电信网络。搭载Android 9.0系统，电池容量3330mAh，快充仅支持PD协议，支持Qi无线充电。DSEE HX、Clear Audio+音频增强技术也得到了保留。整机仍为IP68等级防水，三围约158 x 73 x 9.9 mm，重193克。
