Xiaomi 15 Ultra on varustettu nelikamerajärjestelmällä, jonka ytimenä on 50 megapikselin 1 tuuman Sony LYT-900 -kenno ja valovoimainen f/1.63-aukkoinen objektiivi. Se tuottaa yksityiskohtaisia kuvia erinomaisella dynaamisella alueella erilaisissa valaistusolosuhteissa. 200 megapikselin periskooppirakenteinen teleobjektiivi, 100 mm polttovälillä ja f/2.6-aukolla, mahdollistaa tarkan jopa 4.3-kertaisen optisen zoomin pitäen yksityiskohdat terävinä myös kauempaa kuvattaessa. Leican kanssa yhteistyössä kehitetyt väriasetukset, 4K 120 fps -videokuvaus ja 10-bitin Log-tuki mahdollistavat korkeatasoisen värinkäsittelyn. Tekoälyä hyödyntävät editointityökalut tekevät laitteesta vahvan valinnan vaativille valokuvauksen ja videokuvauksen harrastajille.
