小米MIX3是小米首款前置双摄相机，这也是手机届为数不多的在前置相机上添加双摄功能，不仅如此，在像素上也是下了很大的功夫，，拥有2400 万+200万柔光双摄，主摄像头采用Sony IMX 576，在白天或者日光下拍照拥有2400万超高解析力，就算是夜晚或者光线不足的地方，小米MIX3的1.8μm大像素丝毫不用担心。另外就是裸妆美颜等已是前置相机的基本配置，这次还新增了AI天使眼神光，增加照片的灵动性。
作为小米旗舰手机，后置相机配置也很强，在DxO上跑分高达108分，比小米8高出3分，又一次刷新小米的历史记录，这也让小米MIX3成为全球拍照第三强的手机，采用的是与小米8相同的后置相机模组，摄影，一部手机就能搞定。
