Arhitekturo omrežja UMTS tvorijo, kot vidimo na sliki 16, trijeh glavni deli. Ti so ostali isti tudi pri najnovejših izvedbah UMTS, le njihove funkcije postopno dograjevali in izboljševali. Arhitektura omrežja UMTS je logično razdeljen na tri dele: uporabnikova oprema UE (User Equipment), radisko omrežje UTRAN (UMTS Universal Radio Access Networks) in jedrno omrežje CN (Core omrežje). Posamezni deli so povezani z vmesniki, ki so jih določili 3GPP. Glavni namen vmesnikov je, da omogočajo neposredno komunikacijo med posameznimi subjekti in s tem optimirajo njihovo sodelovanje in usklajevanje.
Prvi del omrežne arhitekture UMTS, torej UE, vsebuje dva bloka:
Drugi del arhitekture omrežja UMTS je UTRAN. Ta del se najbolj razlikuje od rešitev znanih iz omrežij 2G. UTRAN je sestavljata dva omrežna elementa:
Kot zanimivost omenimo, odkod za bazno postajo ime NodeB. NodeB? V omrežjih 2G (GSM) so bazno postajo logično imenovali BTS, ki je kratica za stoji za Base Transceiver Station. Pri razvoju omrežje 3G so posamezne entitete, označevali z »vozliščeA« (nodeB) za mobilno opremo in »vozliščeB« (nodeB) za bazne postaje, da so s tem lahko ločili imena za podobne naprave v 2G. Kasneje so vsem objektom – razen bazni postaji – ustrezno spremenili imena (da so postala bolj logična glede na njihove funkcije). Za bazno postajo niso našči ustreznega pomenskega imena, ki bi bilo različno od imena, ki se uporablja v omrežjih 2G, zato je ime NodeB ostalo.
Zadnji del omrežja UMTS tvori jedrno omrežje CN. CN je razdeljena v dva sklopa: vodovna komutacija (CS: Circuit Switching) in paketna komutacija (PS: packet Switching). Ker je zgradba CN skoraj enaka kot v omrežjih 2G, tu naptevamo samo njune medsobojne razlike (podrobni opis posameznih elementov CN je v razdelku 8):
Pomemben del jedrnega omrežja CN v UMTS je IMS. Internetni multimedijski sistem IMS je pomembno za prožen in hiter razvoj ter za uvajanje novih storitev v omrežja 3G. Natančneje, IPS na osnovi IP nudi standardni okvir za uvajanje aplikacij naslednje generacije, ki vključujejos široko paleto integriranih medijev, videa, besedil in podatkov.
IMS je bil uvene v četrti izvedbi UMTS, v kateri so njegovo arhitekturo, da lahko zagotovi neodvisen nadzor, odvojili od dostopovnega omrežja. V izvedbi UMTS 6 so IMS še razširirili v smeri, da je neodvisen od dostopa do infrastrukture omrežja. Zato se lahko IMS integrira tudi v ostala dostopovna omrežja, ki temeljijo na GPRS ali EDGE tehnologiji.
Standard za IMS uporablja protokol SIP (Session Initiation Protocol) za vzpostavitev IP povezav med opremo uporabnikov (na primer za govorno ali video konferenco), ali IP povezavo med UE in aplikacijskimi strežniki.