小米12SUltra的影像实力极为强大，支持8K专业电影拍摄，拥有HyperOIS防抖等功能，称得上是专业摄影师的专业用机。前置2000万像素美颜自拍摄像头，后置5000万像素主摄+4800万潜望式长焦+4800万像素超广角三摄，主摄支持OIS光学防抖，潜望式长焦镜头支持ZoomEIS防抖。
小米12SUltra后置主摄为IMX989传感器，拥有超级一英寸大底、1.9光圈的8P非球面镜片，采用了Quard-Bayer像素阵列，镜头系统覆盖了13mm～120mm全焦段，带来了优秀的噪声控制能力、超大的动态范围，感光能力较小米12S更是提升了67%。
小米12SUltra就搭载了徕卡专业光学镜头，让画面更纯净，成像宽容度更高，镜片采用双面超低反镀膜，并加入了新型环烯烃材料，反射率低至0.2%，透光率高达93%，可减轻眩光，消除紫边。配合等效120mm镜头，可以轻松捕捉远距离的画面。相较小米11Ultra，小米12SUltra在照片表现上主要有4点区别：
1）快门时滞方面，虽然两款手机自动对焦拍摄的图像清晰度效果接近，但小米12SUltra成像延迟更长，拍照体验更慢。
2）纹理/噪点平衡方面，在各种拍摄条件下，小米12SUltra拍摄的人像脸部噪点更明显。
3）预览与最终成像一致性方面，小米11Ultra的预览和最终成像一致性更高。
4）虚化表现方面，小米11Ultra拍摄的影像更清晰，小米12SUltra拍摄的同部位虚化过强。
小米12SUltra提供了徕卡原生双画质，分别为徕卡生动和徕卡经典两种风格，并有四款滤镜：徕卡鲜艳、徕卡自然、徕卡单色、徕卡黑白HC选择；支持徕卡人像拍摄模式，用户可以拍摄具有质感的人像照片。整体来看，小米12SUltra的DXOMARK影像测试，在色彩、曝光、对焦等方面表现实力强劲，是目前影像能力最优秀的手机之一。
小米12SUltra不仅影像强悍，在性能方面，小米12Ultra也延续了极致堆料的特色，搭载骁龙8+处理器+LPDDR5+UFS3.1，搭载了FBO存储，将闪存的文件化整为零，可以提升闪存的顺序读写速度，同时系统也会智能调节碎片整理的频次和深度，从而保护闪存的寿命。
在屏幕方面，小米12SUltra采用6.73英寸三星E5 AMOLED屏，分辨率为3200×1200，像素密度为552PPI，支持1～120Hz智能动态刷新、原生10bit色深、P3色彩显示，局部峰值亮度达到1500nit、全局亮度为1000nit，支持杜比视界、HDR10，可真实还原出相机的真实效果。
在续航方面，小米12SUltra内置4860mAh单电芯硅氧负极电池，配备了澎湃P1芯片，支持67W有线充电、50W无线充电、10W无线反向充电，首发小米澎湃G1电池管理芯片，DOU续航可达1.24天。
