Aparat hybrydowy z przetwornikiem o rozdzielczości efektywnej 12.3 mln. pikseli, wyposażona w matrycę High Speed Live MOS oraz procesor obrazu TruePic VI. Zewnętrzna lampa błyskowa podłączana jest przez gorącą stopkę. Czułość ISO można ustawiać w zakresie od 200 do 12800. Na liście wyposażenia znajduje się 3-calowy odchylany ekran LCD (460.000 punktów), zestaw gniazd oraz złącze akcesoriów. Za zasilanie odpowiada akumulator litowo-jonowy o wydajności 330 zdjęć na jednym ładowaniu. Wszystkie podzespoły zamknięto w niewielkiej obudowie o wymiarach 109,5 x 63,7 x 37,3 mm i wadze 265 gramów (bez baterii i karty). Olympus PEN E-PL3 umożliwia nagrywanie filmów w standardzie 1080/60i (AVCHD). Ponadto zaplecze programowe oferuje bogaty zestaw efektów, filtrów oraz nastaw automatycznych.