Sistem od četiri kamere sa Sonyjevim jednoinčnim senzorom LYT-900 i otvorom blende f/1.63 osigurava da Xiaomi 15 Ultra pravi detaljne slike, sa odličnim dinamičkim opsegom u različitim uslovima osvetljenja. Periskopsko telefoto sočivo od 200 megapiksela, s fokalnom dužinom od 100 milimetara i otvorom blende f/2.6, isporučuje precizno optičko uvećanje do 4,3 puta, uz održavanje jasnoće za udaljene objekte. Kolorne profile podesila je Leica, a 4K video-zapisi od 120 kadrova u sekundi, sa 10-bitskim naprednim gradiranjem boja i alatima kojima pomaže AI, čine ovaj uređaj odličnim izborom za foto i video entuzijaste.