Windows 3.0 đã kế tục Windows 2.1x và bao gồm một giao diện người dùng cải tiến đáng kể cũng như các cải tiến kỹ thuật để sử dụng tốt hơn khả năng quản lý bộ nhớ của các bộ xử lý 80286 và 80386 của Intel. Các chương trình chế độ văn bản được viết cho MS-DOS có thể chạy trong một cửa sổ - một tính năng trước đây có sẵn ở dạng hạn chế hơn với Windows/386 2.1 - làm cho hệ thống có thể sử dụng như một cơ sở đa nhiệm thô cho các chương trình cũ. Tuy nhiên, điều này đã được sử dụng hạn chế cho thị trường gia đình, nơi mà hầu hết các trò chơi và chương trình giải trí tiếp tục yêu cầu truy cập DOS thô.[3]

Trình quản lý tệp / trình quản lý tệp MS-DOS Executive 7.10

được thay thế bằng Program Manager dựa trên biểu tượng và File Manager dựa trên danh sách, chia tách tệp và chương trình. Bảng điều khiển, trước đây có sẵn như là một applet tiêu chuẩn, được tái mô hình hóa sau khi một trong Mac OS cổ điển. Nó tập trung các thiết lập hệ thống, bao gồm kiểm soát màu sắc của giao diện.[4]

Một số ứng dụng đơn giản được bao gồm trong Windows 3.0, chẳng hạn như trình soạn thảo văn bản Notepad và bộ xử lý văn bản Write (thừa kế từ các phiên bản trước của Windows), chương trình tạo macro (mới; sau này bị bỏ), chương trình vẽ Paintbrush (thừa kế, nhưng cải thiện đáng kể) và một chương trình máy tính bỏ túi (cũng được kế thừa). Ngoài ra, các trò chơi Reversi trước đó đã được bổ sung với trò chơi bài Microsoft Solitaire.[4]

Các biểu tượng và đồ họa Windows hỗ trợ đầy đủ 16 màu trong chế độ EGA, MCGA và VGA trong khi Windows 2.x chỉ có một bảng màu rất hạn chế cho các menu màu và hộp cửa sổ với đồ họa trong ứng dụng đơn sắc. Chế độ VGA và MCGA 256-màu được hỗ trợ lần đầu tiên.

Windows 3.0 bao gồm một chế độ Bảo vệ / Tăng cường cho phép các ứng dụng Windows sử dụng nhiều bộ nhớ hơn một cách dễ dàng hơn so với các chương trình DOS. Nó có thể chạy ở bất kỳ chế độ Enhanced, Real hoặc 386, và tương thích với bất kỳ bộ xử lý Intel nào từ 8086/8088 lên đến 80286 và 80386.[5] Windows 3.0 cố gắng tự động phát hiện chế độ nào chạy, mặc dù nó có thể bị ép buộc để chạy trong một chế độ cụ thể bằng cách sử dụng các công tắc: /r (chế độ thực), /s ("chuẩn" chế độ được bảo vệ 286) và /3 (chế độ được bảo vệ nâng cao 386) tương ứng.[6] Vì Windows 3.0 (và sau này là Windows 3.1) chạy ở chế độ bảo vệ 286 16 bit và không phải chế độ bảo vệ 32 bit, thiết lập mặc định là sử dụng mô hình bộ nhớ phân đoạn 64 KB. Tuy nhiên, trên CPU 32 bit, lập trình viên có quyền truy cập vào con trỏ bộ nhớ lớn hơn và do đó có thể mở rộng phân khúc chương trình thành bất kỳ kích thước mong muốn nào (giới hạn tối đa là 16 MB do bộ mô tả phân đoạn là 24 bit). Vì các hàm API của Windows là 16 bit vào thời điểm đó nên chúng không thể sử dụng các con trỏ 32 bit và do đó cần phải đặt phần mã chương trình thực hiện các cuộc gọi hệ điều hành trong phân đoạn 64 KB[7], như trong DOS, mặc dù có thể chứa mã lệnh 32bit trong chương trình.[8] (Ami Pro là ứng dụng Windows đầu tiên yêu cầu 386). Bởi vì điều này, Windows 3.0 chỉ có thể truy cập 16 MB RAM, ngay cả trên 386 hoặc CPU cao hơn mà có một khả năng có thể sử dụng 4GB trên lý thuyết.

Đây là phiên bản đầu tiên chạy các chương trình Windows ở chế độ được bảo vệ, mặc dù hạt nhân chế độ tăng cường 386 là phiên bản nâng cao của hạt nhân chế độ bảo vệ cho Windows/286.