搭載レンズは50mm F2.8で、35mm判換算の画角は75mm相当となる。最短撮影距離は22.6cm、最大撮影倍率は1:3。8群10枚のレンズ構成と7枚の絞り羽根を採用した。中望遠の画角を得るだけでなく、被写体へ近づいて写す用途も組み合わせた機種である。^{3公式 SIGMADP3 Merrill 仕様}

シグマはレンズにSLDガラスと非球面レンズを使用し、センサーに光が入る角度を考慮した設計と説明している。固定のレンズとセンサーを組み合わせるDPの構成を、中望遠と近接撮影に合わせた光学系で展開した。^{1公式 SIGMASigma DP3 Merrill announcement}

Merrillの三機種は操作系を共通化しており、発売時の記事でもその構成が確認されている。DP3では顔優先AFとAF後の手動調整が新機能として発表された。共通の操作を基礎にしながら、人物のピント合わせや、AF後に手で調整する撮り方に機能を広げた。^{2レビュー デジカメWatch新製品レビュー SIGMA DP3 Merrill1公式 SIGMASigma DP3 Merrill announcement}

発売時点ではDP3が先にRAWのモノクロ現像へ対応し、DP1とDP2には後の対応が予告された。同じMerrillシリーズのなかでも、RAW処理の新機能を先行して利用する機種となっていた。^{2レビュー デジカメWatch新製品レビュー SIGMA DP3 Merrill}

DP1 Merrillは28mm相当、DP2 Merrillは45mm相当、DP3 Merrillは75mm相当を担当する。三機種の違いを最も直接に表すのが、この画角の分担である。DP3は従来の二機種を置き換えるものではなく、広角と標準に中望遠を加える位置にある。^{1公式 SIGMASigma DP3 Merrill announcement}

撮像素子は23.5×15.7mmのFoveon X3である。シグマは、垂直方向の三層でRGBを受ける構造と、光学ローパスフィルターを使わない設計を説明している。画像処理には二つのTRUE IIを用い、RAW現像とモノクロ処理は専用ソフトSIGMA Photo Proが担当する。^{3公式 SIGMADP3 Merrill 仕様1公式 SIGMASigma DP3 Merrill announcement}

公式の有効画素数約4600万は、4800×3200×3層という数え方による。画像の縦横に約4600万画素を並べた意味ではない。最高記録サイズはRAWが4704×3136×3、JPEGが4704×3136であり、三層を合計したセンサーの画素数と、出力画像の縦横の画素数を分けて捉える必要がある。^{3公式 SIGMADP3 Merrill 仕様}

RAWは12bitロスレス圧縮で記録し、High設定での容量の目安は約45MB。RAW連写は最大7枚、High設定で4コマ/秒と発表された。三層のデータを保存するRAWと、仕上がったJPEGを使い分ける記録方式である。^{3公式 SIGMADP3 Merrill 仕様1公式 SIGMASigma DP3 Merrill announcement}

撮影設定には、項目と順序を変更できるクイックセットメニューを備え、金属製のコマンドダイヤルを採用した。AFは9点からの選択に加え、位置を自由に指定でき、枠の大きさも3種類から選べる。近接撮影を含め、どこへピントを合わせるかを設定する手段が用意されている。^{1公式 SIGMASigma DP3 Merrill announcement3公式 SIGMADP3 Merrill 仕様}

背面液晶は3型約92万ドット。本体の大きさは121.5×66.7×80.6mmで、電池を除く重量は400gとなる。電池BP-41は2個同梱され、仕様上の25度での撮影枚数は97枚とされる。中望遠レンズを備える外形と、電池の持ち方を含めて、持ち出す機材を考えるカメラである。^{3公式 SIGMADP3 Merrill 仕様}