Gia đình Nintendo 3DS mới có các thay đổi khác nhau từ các mô hình trước đó. Các hệ thống này có thiết kế hơi tinh tế, nổi bật với các nút mặt màu giống như phối màu của Super Famicom và phiên bản PAL của Super Nintendo Entertainment System. Màn hình của New Nintendo 3DS có kích thước gấp 1,2 lần so với Nintendo 3DS ban đầu, trong khi màn hình của biến thể XL có cùng kích thước với người tiền nhiệm. Một số kiểu máy được sản xuất với màn hình IPS cho màn hình phía trên, nhưng một số vẫn giữ lại màn hình TN cũ cho màn hình trên. Không có mối tương quan đã biết giữa số kiểu hoặc ngày sản xuất và loại hiển thị. Nintendo cũng không công khai giải quyết những khác biệt trong sản xuất.[8][9][10] Một tính năng mới được gọi là "Super Stable 3D" cải thiện chất lượng hiệu ứng 3D tự động của hệ thống bằng cách sử dụng cảm biến để phát hiện góc mà người chơi đang xem màn hình và điều chỉnh các hiệu ứng để bù. Cảm biến cũng được sử dụng như một cảm biến ánh sáng xung quanh để điều chỉnh độ sáng tự động.[11]

Thân máy của cả hai hệ máy đều lớn hơn một chút so với các lần lặp trước của chúng, với biến thể XL có trọng lượng nhẹ hơn một chút so với 3DS XL trước đó. Khe cắm thẻ trò chơi, giá giữ bút và nút nguồn của hệ thống được đặt lại ở đế. Công tắc không dây phần cứng cũng được thay thế bằng một phần mềm chuyển đổi.[9][10][11] Nintendo 3DS tiêu chuẩn có các tấm ở mặt trước và sau để có thể hoán đổi cho nhau;[12] 38 thiết kế khác nhau đã có sẵn khi ra mắt tại Nhật Bản. Biến thể XL không cho phép sử dụng các tấm này, thay vào đó có một vài thiết kế kim loại được gắn cố định.[13]

Các thông số kỹ thuật bên trong của thiết bị cũng đã được cập nhật, bao gồm các lõi xử lý bổ sung, tăng lên 256 MB RAM và hỗ trợ giao tiếp trường gần để sử dụng với các sản phẩm Amiibo.[9] Các nút điều khiển trên các hệ thống mới đã được mở rộng với sự bao gồm một thanh trỏ ở phía bên phải của thiết bị, được gọi là "C-Stick" và các nút vai ZL và ZR được bổ sung, cho phép các chức năng tương đương với Circle Pad Pro ngoại vi bổ sung được phát hành cho các phiên bản trước đó. Các nút bổ sung này tương thích ngược với các trò chơi được lập trình để sử dụng với Circle Pad Pro.

Không giống như các mẫu trước đây sử dụng thẻ SD tiêu chuẩn, dòng Nintendo 3DS mới sử dụng thẻ Micro-SD để lưu trữ dữ liệu, được lưu trữ bên cạnh pin ở phía sau nắp sau của thiết bị, cần tháo một số ốc vít để có thể mở vào khe cắm thẻ Micro-SD. Dữ liệu cũng có thể được truyền đến và từ thẻ SD không dây bằng bất kỳ hệ thống nào có quyền truy cập máy khách SMB, như PC.[9][11]

Các hệ thống mới tiếp tục sử dụng bộ chuyển đổi AC giống như DSi và các thiết bị khác trong gia đình 3DS; như Nintendo 3DS XL ở Nhật Bản và Châu Âu, và lần đầu tiên ở Bắc Mỹ, bộ chuyển đổi AC không bao gồm trong bảng điều khiển và phải được lấy riêng.[9][11]