Avec un design largement inspiré de l'iPhone 6s Plus, son écran 5,5 pouces, son processeur Qualcomm Snapdragon 820, ses capteurs photo Sony de 16Mpx (au dos) et 8Mpx (en façade) et surtout ses 6 Go de RAM.
À noter qu'il fonctionne sous OxygenOS, un système d'exploitation basé sur Android Marshmallow directement développé par OnePlus. Le smartphone dispose d'une monocoque toute en métal, pour une épaisseur de 7,3 mm comparable là encore à celle de l'iPhone 6s Plus. Son écran de 5,5 pouces (1080p) "Optic AMOLED" proposée des couleurs vives y compris au soleil. Grâce à son processeur Qualcomm Snapdragon 820 cadencé jusqu'à 2,2 GHz, il s'avère 35% plus rapide que le OnePlus 2.
OnePlus a développé plusieurs technologies originales, à l'image de son outil Smile Capture capable de déclencher la prise d'un selfie par un simple sourire ou bien encore Dash Charge qui permet, selon le constructeur, d'obtenir une journée d'autonomie en seulement 30 minutes de charge.
Contrairement à ses prédécesseurs, le OnePlus 3 est disponible dès sa sortie sans invitation, directement sur le site de OnePlus.