Sở hữu màn hình True HD-IPS+ LCD có độ phân giải thuộc mốc cao nhất hiện nay (2.560 x 1.440 pixels), LG G3 đạt mật điểm ảnh lên tới 534 ppi. Theo nhà sản xuất, LG G3 cho chất lượng hiển thị tốt, sắc nét và chi tiết hơn cả màn hình Retina của Apple.

Bên trong LG G3 đóng gói chip xử lý Snapdragon 801 (MSM8975AC) lõi tứ tốc độ 2.5GHz nhân Krait 400 tích hợp chip đồ họa Adreno 330 GPU. LG có chút thay đổi so với các thế hệ cũ khi trang bị 3GB RAM cho phiên bản LG G3 bộ nhớ trong 32GB, còn bản 16GB bộ nhớ trong chỉ có 2GB RAM. Cả 2 phiên bản đều hỗ trợ mở rộng bộ nhớ trong qua thẻ nhớ microSD tối đa lên đến 128GB.

Tiếp tục xu hướng thiết kế của người tiền nhiệm, LG G3 cũng có nút chỉnh âm lượng (Volume) và nút nguồn/khóa máy (Power/Lock) ở nắp lưng máy. Ngay phía trên vẫn là cụm camera sau và đèn flash. LG G3 được trang bị camera 13MP có tính năng chống rung quang học OIS, cùng đèn LED flash kép true-tone. Điểm mới trên LG G3 ở cụm camera là ngay bên cạnh có đèn laser đặc biệt, dùng để đo khoảng cách và tăng tốc độ lấy nét (AF). LG công bố mẫu G3 cho khả năng lấy nét theo pha (phase detection) cực nhanh là 276 ms (xấp xỉ 1/5 giây).

Camera trước chỉ có độ phân giải 2MP nhưng cho góc quét lên đến 77 độ. Vỏ ngoài của LG G3 được chế tạo từ vật liệu nhựa polycarbonate có phủ một lớp bóng đặc biệt, tạo cảm giác như bề mặt kim loại. Sản phẩm có kích thước 146.3 x 74.6 x 8.9 mm và trọng lượng 150g. LG G trang bị khả năng sạc không dây cho G3 thông qua phụ kiện ngoài với pin cho tháo rời có dung lượng 3.000mAh.