La tourelle de 5 tonnes du BMP-3 abrite, outre le chef de char et le tireur, donc un canon de 100 mm 2A70, dit à basse pression. Il ne s'agit pas d'un tube à haute vitesse initial tel que ceux qui étaient installés sur les chars moyens T-54 et T-55, mais d'une pièce susceptible de tirer des obus explosifs de 15,5 kg comme celle montée sur le BMD-4. Cette faible vélocité ( entre 250 et 355 m/s ) maximise leur efficacité contre les cibles molles. En outre, l'avantage d'un canon "basse pression" est sa légèreté, car il subit des contraintes mécaniques moindres qu'un canon à haute vélocité.

Le tube peut pointer de -5°, une valeur assez médiocre qui l'empêche d'engager des objectifs placés trop en contrebas, mais son élévation de +60° lui permet d'attaquer des assaillants postés sur des hauteurs et de se montrer efficace aussi bien en milieu urbain qu'en terrain montagneux, tout en pouvant servir de pièce d'artillerie en tirs indirects. Alimenté par 22 coups ( 40 au total ), le chargeur automatique assure une cadence de tir comprise entre 8 et 10 coups par minute.

Face à des chars, le BMP-3 dispose également d'une munition "flèche" susceptible de percer 225 mm d'acier, mais elle ne s'avère efficace que contre les blindés d'ancienne génération dotés d'un blindage classique. Toutefois, les courtes distances d'engagement le rendent particulièrement vulnérable. Toujours dans le cadre de la lutte antichar, le BMP-3 emporte jusqu'à 6 missiles 9K116-1 Bastion à guidage laser d'une portée de 4000 m tirés depuis le canon. Filant à 500 m/s, ils peuvent également engager des cibles aériennes volant à faible vitesse, comme des hélicoptères. Plusieurs types de missiles sont disponibles pour le blindé soviétique en fonction de la situation, à l'image du 9M117M1 Arkan, capable de percer de 850 mm de blindage et peut donc mettre en danger les chars de combat modernes.

A cela s'ajouter un canon automatique de 30 mm 2A72 stabilisé sur deux plans, montés en parallèle au tube de 100 mm, affichant une cadence de tir de 300 coups par minute, et dont les munitions peuvent atteindre, théoriquement, une cible terrestre à 2500 m et aérienne à 4000 m de jour. Cette arme est alimentée par 300 obus explosifs et par 200 perforant. Trois mitrailleuses PKT de 7,62 mm sont aussi disponibles, une est coaxiale à l'armement principal, et les deux autres sont placées à l'avant gauche et droit du blindé. Leur cadence de tir pratique s'établit à 250 coups par minute.

Le dispositif de contrôle de tir des armes de la tourelle est automatique, mais une commande de secours manuelle est à disposition du tireur et du chef de char. L'ensemble est constitué d'un ordinateur de tir 1V539, un système de stabilisation 2E52-2 de l'armement et un calculateur balistique laser 1D16-3. En outre, le tireur a à sa disposition un intensificateur de lumière jour/nuit 1K13-2 couplé à un viseur de jour PPB-1. Pour sa part, le chef de bord est équipé d'une lunette de vision 1PZ-10, d'un système de vision jour/nuit TKN-3MB et d'un phare infrarouge OU-3GA2. Les communications sont assurées par des postes radio R-173 et R-173P.