在外观设计方面，小米一直是人们吐槽的对象，而雷军曾说过没有设计就是最好的设计，所以小米手机注重高性能同时力求简约内敛。但这次小米3的外观设计很是惊艳，它采用了全新硬朗设计，外形酷似诺基亚920，背面很像联想K900，而且小米3手机还有多种颜色后壳可供选择，可以满足不同用户的需求。
从正面来看，小米3的外观设计颇为方正，棱角分明，有些Lumia 920的感觉。小米3尽管屏幕尺寸达到了5英寸，但还是能够轻松进行单手操作的。而小米手机2S与此前的小米手机2相比，没有丝毫的变化。整体外观做工依旧显得比较扎实，4寸的屏幕与小米3相比显然看上去小了一圈，且圆润了很多。
小米3的机身背部同样是纯平设计，看上去颇具联想K900的风格，骚黄色非常抢眼，1300万像素摄像头位于左上角(米2的主摄像头在中间位置)，另外需要注意的是在背部我们并没有发现扬声器孔。而小米2S是32GB版本，所以摄像头的像素同样为1300万，不过仅从外观上看，新的摄像头与此前的小米手机2并无区别。
以上我们通过一些细节图可以看出，两者在听筒、按键及接口方面还是有一些区别的，但整体来说，细节方面区别不是很大。