小米6X与上一代最大的区别在于全面屏设计，采用了一体化金属机身和纳米注塑天线设计，拥有USB-C接口，但取消了3.5mm耳机插孔。手机左上角后置竖排双摄，造型和iPhone X相似。后置了圆形指纹模块。有赤焰红、冰川蓝、流沙金、樱花粉、曜石黑五种配色。

配置上，小米6X搭载搭载5.99英寸18：9的屏幕，2160*1080P分辨率，配备高通骁龙660处理器，4GB+64GB、6GB+64GB/128GB组合。电池容量为3010mAh、支持快充。另外小米6X还支持双卡双待和全网通，预装MIUI 9.5系统，内置人工智能语音助手“小爱同学”，可提供外语翻译、信息查询、应用操作等功能。

前置为IMX376传感器、拥有2000万像素镜头，支持柔光自拍和AI美颜等功能。后置主摄像头为IMX486传感器、1200万像素、f1.75光圈、1.25μm；副摄像头与前置同款，为IMX376传感器，2000万像素。手机能够根据检测到的光线条件智能切换主摄像头，加入了AIE人工智能引擎，在拍照是可识别准确识别逆光场景，智能开启HDR技术，此外提供了诸如 AI护妆美颜、AI人像虚化等功能。