D3配备了尼康开发的大尺寸CMOS影像感应器，具有1,210万有效像素，标准设置下感光度范围为ISO 200～ 6400。
在图像处理系统方面采用了综合的数字影像处理概念EXPEED，它是尼康所积累的知识和技术的继承与优化。 D3 所提供的高图像品质和高速图像处理能力，是传统的数码单反相机还无法实现的。
D3 能以每秒约9幅的速度连续拍摄1,210万像素的图像。此外，选择[DX 格式 (24 x 16)] (510万像素)时，每秒可拍摄约11幅。 图像品质、感光度和速度所具有的这些先进特征，使 D3 能满足包括专业用户在内的各类客户的多样化需要。
D3 的影像感应器是尼康开发的 CMOS 型感应器，成像面积为36.0 x 23.9 MM，即通常所称的“35mm全幅尺寸”。 尼康使用新术语 “FX 格式”作为尼康 35mm 全幅尺寸数码单镜反光相机的图像格式。
