PlayStation 3 cuenta con el nuevo procesador Cell, desarrollado conjuntamente por Sony, IBM y Toshiba para tareas de cálculo intensivo, formado por un núcleo PowerPC (PPE) y siete procesadores SIMD (SPE), funcionando todos ellos a 3,2Ghz (realmente son 8 los SPE pero por razones de fabricación uno de ellos se inhabilita). El procesador gráfico RSX (Reality Synthesizer) está basado en la arquitectura G70 de NVIDIA y dispone de 256MB de VRAM. La consola dispone además de otros 256MB de memoria XDR.

Una de sus principales características es el lector Blu-ray incorporado, utilizado tanto para los juegos como para reproducir películas en alta definición, además del disco duro (de 60GB o 20GB según el modelo). La consola dispone también de Ethernet, Bluetooth, USB, HDMI (versión 60GB), además de lector de tarjetas y conectividad Wi-Fi para todos lo modelos excepto el NTSC de 20GB CECHB.

En su parte software, utiliza el interfaz gráfico XMB (Cross Media Bar), puede ser actualizado el sistema vía Internet y admite la posibilidad de instalar cualquier distribución de Linux (posibilidad eliminada para los modelos Slim sólo disponible en las CECHA-CECHQ aunque la actualizacion 3.21 elimina esta posibilidad).

Todos los modelos de PS3 son compatibles con los juegos de PS1 tanto en formato físico (CDRom) como para los descargados desde la PlayStation Store. Existen numerosos indicios que señalan que la emulación de la PS1 es realizada por el emulador del Emotion Engine con lo que se tendrían dos capas de emulación corriendo sobre el Hardware real.