El OnePlus 3 es un modelo superior a sus antecesores y destaca entre los teléfonos que ha lanzado OnePlus (OnePlus One y OnePlus 2). Este teléfono tiene una pantalla de 5,5 pulgadas, de tipo AMOLED. La resolución es la misma de los anteriores, 1080 x 1920 píxeles, con tiene tecnología multitouch. La pantalla viene equipada con la protección Corning Gorilla Glass 4, por lo que el teléfono estará muy bien protegido. Este OnePlus 3 viene con el sistema operativo Android 6.0.1 (Marshmallow), pero con la opción de actualizarlo hasta Android 8.0 (Oreo). Como otros teléfonos de la marca, este también tiene instalada la capa de software Oxygen (en este caso la versión 5.0.4), que nos ofrece algunas funciones adicionales a lo que ya proporciona Android. El procesador es el Snapdragon 820, con la GPU Adreno 530. Este modelo de ofrece muchas opciones en lo que a almacenamiento se refiere, ya que solo podemos adquirirlo con 64 GB de espacio.
El dispositivo tampoco cuenta con ranura para tarjeta de memoria, así que no tenemos opción de ampliarlo en caso de que esos 64 GB nos sepan a poco. La memoria RAM también es única y alcanza los 6 GB. En cuanto a las cámaras, la principal es de 16 megapíxeles y viene equipada con flash LED dual y HDR y también de que puede grabar video a 2160p@30fps, 2160p(DCI)@24fps, 1080p@60fps, 720p@120fps. La cámara frontal es de 8 megapíxeles. También incluye un puerto jack de 3,5 mm para los auriculares.
Este OnePlus 3 cuenta también varios sensores, como por ejemplo un lector de huellas dactilares en la parte delantera, un acelerómetro, un giroscopio, un sensor de proximidad y una brújula. La batería tiene una potencia de 3000 mAh y no es extraíble; pero sí incluye tecnología de carga rápida (Dash Charge). Finalmente, en cuanto a los colores, el teléfono está disponible en dos variantes: grafito y dorado suave.
