Xperia Z3 združuje dizajn v tankem 7,3-mm aluminijastem okvirju in trpežni plošči iz kaljenega stekla in je na voljo v različnih barvah; beli, črni, bakreni ali srebrno-zelen. Ohišje modela Xperia Z3 Compact pa je debelo 8,6 mm.

V telefona je vgrajen procesor Qualcomm Snapdrago 801 z 2,5 GHz in štirimi jedri, 4G LTE, baterija pa zagotavlja dolgo delovanje.

1/2,3-palčni senzor Exmor RS (24 milijonov točk) in BIONZ delujeta skupaj in tako zagotavljata fotografije in videoposnetke v ostrih in živih podrobnostih. Poleg tega lahko ujamemo v vsak posnetek več z 25-mm širokokotnim objektivom Sony G, v slabših svetlobnih pogojih pa lahko ISO občutljivost nastavimo na 12800. Podprto je snemanje v ločljivosti 4K.

Sonyjevo avdio znanje se pokaže v vsakem ritmu z zvokom visoke ločljivosti, tako lahko slišimo vsako skladbo tako, kot si jo je ustvarjalec zamislil, z uporabo slušalk visoke ločljivosti, kot so nove Sonyjeve serije MDR-1A. Za tiste posnetke, ki niso kakovosti visoke ločljivosti, Sonyjeva tehnologija DSEE HX izboljša kakovost MP3 ali AAC glasbene zbirke.

Xperia Z3 ima tudi tehnologijo digitalnega zmanjševanja šuma. Ambientalni hrup je znižan do 98 %, z uporabo slušalk za digitalno zmanjševanje šuma MDR-NC31EM.

Sony revolucionira v igričarski tehnologiji z dodatkom PS4 Remote Play v serijo Xperia Z3. Edina pametna telefona s PS4 Remote Play; lahko uporabimo Xperia Z3 ali Xperia Z3 Compact kot daljinski zaslon za povezovanje in upravljanje iger na PS4. Aplikacija PlayStationApp pa omogoča, da uporabimo Xperia Z3 ali Xperia Z3 Compact kot drugi zaslon.