Phablet của Asus có viền khá mỏng nên dễ dàng cầm bằng một tay. Màn hình 6,8 inch độ phân giải Full HD được tích hợp công nghệ Tru2Life+ độc quyền của Asus cho khả năng hiển thị đến 95% dải màu NTSC và độ chi tiết như các TV 4K cao cấp.
Tương tự Zenfone 3 Deluxe, Ultra cũng có thiết kế vỏ nhôm nguyên khối và không có các đường viền ăng-ten. ZenFone 3 Ultra cũng được trang bị camera độ phân giải 23 megapixel với công nghệ lấy nét tự động ASUS TriTech như ZenFone 3 Deluxe.
Ba nút cơ bản của Android cũng được bố trí phía dưới màn hình nhưng nút Home được làm dạng phím cứng để tích hợp cảm biến vân tay. Phía mặt lưng là cụm phím âm lượng giống như dòng Zenfone 2 ra mắt vào năm ngoái.
Máy được trang bị chip xử lý Qualcomm Snapdragon 652, RAM 4 GB, chưa rõ bộ nhớ trong của máy có dung lượng 64 GB hay 128 GB nhưng có thể mở rộng bằng thẻ nhớ lên đến 256 GB.
Máy hỗ trợ 2 sim 2 sóng với kết nối 4G ở sim 1 và 3G ở sim 2. Máy cũng chạy Android 6.0 cùng giao diện ZenUI 3.0 mới nhất.
Zenfone 3 Ultra còn sở hữu pin dung lượng 4.600 mAh, cho phép sạc điện thoại khác như pin dự phòng. Cổng sạc của máy theo chuẩn USB Type-C, thay cho microUSB truyền thống và hỗ trợ sạc nhanh QuickCharge 3.0.
Zenfone 3 Ultra sử dụng hệ thống 2 loa 5 nam châm và loa phóng đại thông minh NXP. Đây cũng là smartphone đầu tiên được trang bị chuẩn âm thanh vòm ảo 7.1 cùng DTS Headphone:X. Tai nghe chuẩn Hi-Res ZenEar cũng được đi kèm với ZenFone 3 Ultra.