K-3 jest wyposażony w nowy sensor CMOS o rozmiarze APS-C (23.5mm×15.6mm) oferujący około 24 miliony efektywnych pikseli. Dzięki nowemu procesorowi PRIME III, obróbce szumu i obrazu o wysokiej wydajności oraz zastąpieniu filtra dolnoprzepustowego symulatorem antyaliasingu, sensor K-3 oferuje zdjęcia o wysokiej rozdzielczości i płynnych przejściach tonalnych. Dzięki elastycznej konstrukcji systemu SR, która pozwala przechylać czujnik obrazu we wszystkich kierunkach, K-3 oferuje szereg przydatnych funkcji fotografowania, w tym automatyczną korekcję poziomu, precyzyjną kontrolę kompozycji oraz ASTRO TRACER, który upraszcza zaawansowaną fotografię astronomiczną w połączeniu z opcjonalnym odbiornikiem GPS O-GPS1.
