De behuizing van de Google Pixel 3 en Pixel 3 XL zijn van glas, waardoor het mogelijk wordt om de toestellen draadloos op te laden. De smartphone komt in drie kleuren: Clearly White, Just Black en Not Pink. De Pixel 3 heeft een 5,5 inch amoled-scherm. De Pixel 3 XL beschikt over een 6,3 inch beeldscherm.
De telefoons worden aangedreven door de Snapdragon 845-chip en beschikken over 4GB RAM geheugen. Standaard hebben de Pixel 3 en 3 XL 64GB aan opslagruimte. De devices zijn stof- en waterdicht (IP68) en hebben geen koptelefoonaansluiting.
De Pixel 3 en 3 XL beschikken over drie camera’s waarvan twee op de voorzijde van 8 megapixel. Op de achterzijde zit een 12 megapixel camera. De dubbele frontcamera, luidspreker en de benodigde sensoren bevinden zich in de notch van de Pixel 3 XL. De Pixel 3 heeft geen notch, hier zitten de frontcamera’s, luidspreker en sensoren in de boven en onderkant van het toestel. De Pixel 3 en 3 XL hebben opnieuw de Active Edge-Feature, waarmee de Google assistent wordt geactiveerd door in de telefoons te knijpen.