小米盒子3增强版外观、性能都进行了升级。机身采用了全新的白色方形设计，更加时尚漂亮。三围尺寸100x100x23mm，重量190g，外壳为PC+ABS材质。

配置方面，首次搭载MT8693六核64位处理器(2x 2GHz A72+4x 1.6GHz A53)，内置Power VR GX6250 GPU，CPU提升80%，GPU 3D性能提升240%。搭配2GB LPDDR3双通道64bit内存+8GB eMMC5.0 高速闪存。
支持4K分辨率(3840x2160)输出，支持H.265 4K2K@60帧/秒、H.264 4K2K@30帧/秒、1920*1080P@60帧/秒视频解码。支持的视频格式包括FLV、MOV、AVI、MKV、TS、M2TS、 MP4、3GP、MPEG、OGM。
音频方面，支持TS 2.0+Digital Out、Dolby Digital Plus音频解码，格式包括MP3、APE、Flac、AAC、Ogg。支持图片格式包括JPG、BMP、GIF、PNG等。

小米盒子3增强版提供接口包括：1个HDMI 2.0、2个USB 2.0，网络方面，支持双频 2.4GHz/5GHz，802.11a/b/g/n/ac，内置2x2双天线，双发双收，支持低功耗蓝牙Bluetooth 4.1(独立天线)。
值得一提的是，小米盒子3增强版还标配99元的小米蓝牙语音体感遥控器。
系统方面，小米盒子3增强版运行基于安卓5.1深定制MIUI TV系统，提供44万小时的影视内容。
此外，还支持米联功能(支持Miracast、Airplay、DLNA、SMB和WiDi)，可将小米手机、iPhone、iPad和电脑上的图片、视频以及搜狐视频、腾讯视频、PPTV等应用的内容无线投射到电视上。
另外还支持具备英特尔WiDi协议，可将超极本、2合1、平板电脑和手机屏幕上的内容无线传输至大屏幕。