新型CX-3は、クリーンディーゼルエンジンの直列4気筒DOHC 1.5リッター直噴ディーゼルターボ「SKYACTIV-D 1.5」専用モデルとして設定。最大トルク270Nm（27.5kgm）の大トルクを誇る一方で、2WD（FF）/6速MT搭載モデルはJC08モード燃費25.0km/Lを達成し、優れた走行性能と燃費性能を両立させている。全グレードに6速AT「SKYACTIV-DRIVE」と6速MT「SKYACTIV-MT」、新世代4WDシステム「i-ACTIV AWD（アイ・アクティブ・エーダブリュディー）」を設定。駆動方式やトランスミッションを問わず、全グレードで自動車重量税、自動車取得税が免税となっている。
また、「SKYACTIV-D 1.5」にはディーゼルエンジンのノック音を抑制する「ナチュラル・サウンド・スムーザー」を新開発し、世界初採用した。これにより走行時の静粛性を高めるとともに、エンジン音質の向上を実現した。
エクステリアは、塊感のあるボディーサイドと伸びやかなキャビン、ショートオーバーハングなどによって存在感のあるプロポーションを実現。ボディーカラーは、精密に研ぎ澄まされた金属感や精密な硬質感を表現し、光によって表情が変化する新色の「セラミックメタリック」に加え、デザインテーマ「魂動」のイメージカラーである「ソウルレッドプレミアムメタリック」など全8色を設定する。
ボディーサイズは4275×1765×1550mm（全長×全幅×全高）、ホイールベース2570mmとし、伸びやかなプロポーションと必要十分な居住性を実現。ワイドな全幅と、ボディ四隅にタイヤを配置して実現したトレッド（前1525mm、後1520mm）によって力強いスタンスを強調。全高は機械式立体駐車場などに入庫できるサイズで、都市部の日常での利便性を高めている。