小米15Ultra将搭载全新升级的主摄像头，不仅拍照速度大幅提升，视频拍摄也更加稳定流畅。此外，该机还将特别配备定制人像镜头及更强大的图像处理算法。据博主透露，小米15Ultra的影像系统并未如网络传言般缩水，反而增强了可用性。
小米15Ultra最大亮点之一在于搭载了2亿像素的直立长焦镜头。这款镜头型号为三星ISOCELLHP9，拥有1/1.4英寸的大底和惊人的2亿像素分辨率。通过先进的4x4像素合并技术，在低光环境下也能输出清晰明亮的1200万像素照片。
目前爆料来看，小米15Ultra的影像在安卓阵营中无疑将再次占据领先地位。其后置四摄系统包括主摄采用了索尼LYT-900传感器、等效焦距23mm的超广角镜头以及两颗长焦镜头。其中，广角镜头等效焦距为12mm，长焦镜头等效焦距分别为75mm和120mm，并且所有镜头均达到了5000万像素的高水准。
小米15Ultra的软件方面也非常强大，支持第三代徕卡色彩科学、小米影像大脑3.0、UltraHDR、UltraRAW和UltraZoombeta等功能。同时，由于小米15Ultra配备了体积庞大的2亿像素潜望长焦镜头，因此正在测试全新的摄像头排列布局，但整体设计依然保留了标志性的圆形模组风格。
