Hmotnost sondy byla 278,5 kilogramů a rozměry sondy se pohybovaly mezi 130 centimetry na délku a 90-120 centimetry na šířku, což bylo dáno prstencem, který sondu obepínal. Luna 3 byla automatická sonda, která byla napájena chemickými [[Akumulátorová baterie|bateriemi]], ale část [[energie]] se již získávalzískávala ze [[solární článek|solárních článků]], které byly umístěny na prstenci. Sonda byla válcovitého tvaru s polokulovými hemisférami na konci. Horní hemisféra se mohla otevřít a vysunout tak fotografické zařízení. Získané fotografie pak měla odeslat pomocí [[skener]]u jako [[rádiová vlna|rádiové vlny]] pomocí soustavy šesti antén (čtyři byly v horní části a dvě v dolní). Luna 3 měla také zařízení na regulaci vnitřní teploty, které se automaticky sepnulo, když teplota uvnitř přesáhla 25 °C (chladící systém byl důležitý kvůli vnitřní výbavě, u které by mohlo dojít k poruše). Sonda měla dále zařízení na zachycení [[mikrometeorit]]ů a [[kosmické záření|kosmického záření]], jenž bylo namontováno na vnější straně sondy.
