D3作为尼康首款全画幅单反，首先在外型方面就很大气。宽大厚实的机身，大部分都包裹了类似皮革的防滑材料，全金属机身，拥有很好的防尘性能。机身背面的3英寸液晶屏，分辨率达到了92万像素，170度宽视角，100％画面覆盖率，并且支持实时取景。
尼康D3采用了一块面积为36×23.9mm的CMOS传感器，有效像素为1200万，最大可以拍摄4256×2832分辨率的照片，自动对焦点达到了51个，为世界第一，其中15个自动对焦点为高精度、高灵敏度的十字交叉形对焦点。快门采用了电磁调控纵走式焦平快门，速度达到1/8000秒-30秒，同步闪光最高可达 1/250秒，连拍速度最高可以达到9幅/秒 (DX 格式9-11幅/秒），等效感光度标准状态下为ISO 200－6400，最高可达到ISO 12800，ISO 25600。
