В соответствии с правилами нового класса, принятыми Международной автомобильной федерацией, у трёхдверки DS3 R3 тот же дизайн кузова и те же размеры, что у серийной версии. Машина, похожая на недавний ситроеновский концепт DS3 Racing, имеет внутренний каркас безопасности и, будучи построенной на пространственной раме (на неё ушло около 45 м труб), в сравнении со своей конвейерной «сестрёнкой» сравнительно легка — 1230 кг с пилотом и штурманом.

Дабы улучшить распределение веса между передней и задней осями автомобиля (у DS3 R3 пропорция 64:36), конструкторы поместили аккумулятор и автоматический огнетушитель за спинки сидений, поставив гоночный топливный бак увеличенной ёмкости (плюс 17 л, в сумме 67 л) на место штатного. Стальная защита, уберегающая снизу двигатель от повреждений, помимо всего прочего, способствует снижению центра тяжести.

Под капотом хэтчбека находится бензиновый турбомотор 1.6 с рестриктором диаметром 29 мм, ограничивающим приток воздуха в воздухозаборник. Агрегат, который, согласно требованиям класса, по конструкции максимально приближен к серийному двигателю обычной модели, развивает до 216 л.с. и 350 Н•м.

В числе главных инновационных решений, внедрённых в раллийный хэтч, — шестиступенчатая «роботизированная» коробка передач с подрулевыми лепестками и электронная система синхронизации мотора и КПП. Есть у автомобиля и педаль сцепления, которая, правда, задействуется, только когда тот трогается с места: переключение передач на ходу осуществляется автоматически.

Передняя и задняя подвески у DS3 R3 легче и прочнее, чем у серийной модели. Разработанные Ситроеном совместно с фирмой BOS амортизаторы могут регулироваться раздельно, а также имеют модифицированные крепления для оперативного изменения настроек подвески. Автомобиль оснащён усиленными тормозными механизмами, четырёхпоршневыми спереди и двухпоршневыми сзади, а также гидравлическим стояночным тормозом.