作為小米2018年度旗艦，小米MIX3除了滑蓋全面屏設計之外，最大的亮點便是其拍照能力的大幅提升。在小米MIX3發布之時，雷軍就在故宮宣布小米MIX3的後置相機在國際權威相機測評機構的測試中排名世界第三。
但令人沒有想到的是，小米MIX3的前置相機同樣功力深厚。在最新的DXOMark相機評測排行榜中，DXO加入了智慧型手機的前置相機測試得分榜，小米MIX3以總分84分的成績排名全球第二，僅次於並列第一的谷歌Pixel3和三星Note9。
小米MIX3的前置相機採用了雙攝配置，主攝擁有2400萬像素，副攝為200萬像素主要承擔自拍時的背景虛化功能。同時，小米MIX3的前置雙攝還配備了一顆自拍閃光燈，相比於一般廠商通過瞬時調高屏幕亮度來達到補光效果的方案，前置閃光燈顯然可以帶來更好的暗光成像。
DXOMark的評測報告也證實了這一點，文章評價道：「小米MIX3的「自拍燈」安裝在彈出式相機的鏡頭旁邊，為前置攝像頭提供了一個非常好的閃光系統，只使用閃光燈或者在混合燈光拍攝的效果都非常好。曝光、紋理、顏色渲染和白平衡在這兩種情況下都很出色，且多次曝光後的效果一致，因此你可以期待每次拍攝的效果都是一樣的」
除此之外，小米MIX3的前置相機能夠排到全球第二名，主要還是憑藉其傑出的自拍效果。按照DXOMark的說法，得益於200萬像素的景深鏡頭加持，小米MIX3即便在背景複雜的情況下也能將自拍主體人像很好地與背景區分開，邊緣虛化比於很多手機的自拍鏡頭都更加精確，背景的虛化也很平滑自然。小米MIX3的前置鏡頭對於人物的臉部曝光、顏色渲染、細節表現令人印象深刻，特別是對於臉部膚色的渲染得到了DXOMark的特別肯定。
當然金無足赤人無完人，DXOMark認為小米MIX3的前置鏡頭在對焦和景深範圍方面依舊有進步空間，噪點控制和動態範圍也需要不斷提高。
回想到兩年前小米手機在拍照領域的落後，2018年的小米在手機成像這塊簡直就像是開了過山車，不斷取得新的突破，獨立的相機研發部門可以說是立了大功。雷軍在社交平臺上也多次點名表揚了相機部門，就像網友說的，小米相機部的年終獎領定了！