Lustrzanka cyfrowa Pentax K-3 wyposażona została w 24-megapikselową matrycę CMOS o formacie APS-C (wymiary 23.5 mm x 15.6 mm, mnożnik ogniskowej - 1.5x). Nowością jest pozbycie się dolnoprzepustowego filtra antyaliasingowego, co pozwoliło na uzyskanie wysokiej rozdzielczości zdjęć. Zamiast filtra AA, zastosowano jego cyfrowy odpowiednik - sensor może zostać wprawiony w mikrowibracje, które pomogą w poprawnym odwzorowaniu kolorów oraz pozbyciu się efektu mory. Użytkownik ma do dyspozycji 3 tryby działania - tryb zbalansowany, maksymalną kompensację mory, lub wyłączenie drgań.

Matryca pozwala na zapisywanie obrazów o czułości z zakresu [zasłonięte]100-510 ISO, co w połączeniu z mechaniczną stabilizacją obrazu sprawia, że niezależnie od warunków oświetleniowych oraz rodzaju używanej optyki, zdjęcia pozostaną naświetlone poprawnie, z odpowiednią liczbą szczegółów.

Aparatem steruje wydajny procesor przetwarzania obrazu PRIME III, który w porównaniu do swojego poprzednika zyskał znacznie na wydajności, przy ergonomicznym trybie pracy. Automatyczne ustawianie ostrości kontroluje moduł SAFOX 11 AF. Wszystkie jego elementy zamknięte zostały w szczelnej i odpornej obudowie, dzięki czemu niezależnie od warunków atmosferycznych ostrość ustawiana jest w takim samym tempie. Układ 25 punktów krzyżowych wspomaganych przez 2 liniowe z dużą dokładnością potrafi wybrać odpowiedni obiekt i umieścić go w głębi ostrości już przy świetle -3EV (przy ISO 100, 50mm f/1.4), również podczas pracy z obiektywami o maksymalnie otwartej przysłonie.

W podglądzie zdjęć oraz filmów pomaga 3.2-calowy wyświetlacz LCD TFT o wysokiej rozdzielczości 1 037 000 punktów. Wyposażony został w powłokę antyodblaskową poprawiającą widoczność przy ostrym świetle, oraz możliwość regulacji jego jasności i kontrastu. Dodatkowo, kadrowanie ułatwia wizjer optyczny z niemal stuprocentowym pokryciem kadru i korekcją dioptrii.

K-3 potrafi zapisywać pliki wideo w rozdzielczości FullHD (1920x1080). Zewnętrzne gniazdo mikrofonowe pozwala rozszerzyć zakres możliwości tworzenia nagrań, dzięki opcji użycia dedykowanego mikrofonu wysokiej jakości.

Zdjęcia seryjne zapisywane mogą być z maksymalną prędkością 8.3 kl/s. Istnieje również opcja fotografowania automatycznego z interwałem czasowym od 2 sekund do 24 godzin, co łatwo pozwala stworzyć filmy typu stop-motion. Żywotność migawki została oszacowana na około 200 000 cykli, a jej maksymalna prędkość wynosi aż 1/8000 s.

Na szczególną uwagę zasługuje fakt zastosowania 92 uszczelnień korpusu w kluczowych jego miejscach, co gwarantuje odporność na wilgoć, zakurzenie oraz niskie temperatury (do -10 stopni). Body wykonane zostało z wytrzymałych stopów magnezu oraz stali nierdzewnej. Podnosi to odporność aparatu na uszkodzenia mechaniczne, przy niewielkim wpływie na jego wagę.

Pentax K-3 to aparat przeznaczony przede wszystkim dla użytkowników posiadających wcześniejsze doświadczenie w pracy z aparatami. Jego liczne możliwości konfiguracji każdego z parametrów (np. dostrajania obiektywów względem back/front focusa), oraz zastosowanie nowoczesnych rozwiązań technologicznych pozwolą na swobodne rozwijanie własnych pomysłów i tworzenie niesamowitych ujęć. W połączeniu z w pełni uszczelnionym korpusem, model K-3 staje się narzędziem potrafiącym sprostać każdemu zadaniu, niezależnie od warunków pracy.