Созданный в качестве преемника легендарного Pentax K-3, новый K-3 II позаимствовал у предшественника легкий и прочный металлический корпус из магниевого сплава, светочувствительную матрицу с эффективным разрешением 24,35 мегапикселя, 27-точечную систему автофокусировки, а также поддержку серийной съемки со скоростью порядка 8,3 кадра в секунду. Кроме того, производитель снабдил камеру улучшенной системой стабилизации изображения, эффективной даже при снижении экспозиции на 4,5 ступени, обновленными алгоритмами системы автоматической фокусировки, приемником GPS, а также системами обнаружения панорамной съемки и автоматической коррекции линии горизонта, использующими гироскопический датчик.
Pentax K-3 II также стал первым фотоаппаратом компании, оборудованным системой Pixel Shift Resolution, которая позволяет снимать неподвижные предметы с ультравысокой разрешающей способностью. Технология Pixel Shift Resolution использует встроенный механизм системы стабилизации изображения для перемещения матрицы с шагом в один пиксель и захватывает четыре отдельных изображения, которые впоследствии объединяются графическим процессором в единый снимок высокой четкости. К преимуществам технологии можно отнести увеличенную разрешающую способность, уменьшение ошибок цветопередачи и общее улучшение качества съемки неподвижных объектов.
