小米15 Ultra的影像系统堪称豪华，其采用了1英寸超大底主摄，光圈固定为f/1.63，搭配索尼LYT-900传感器，在弱光环境下表现尤为出色。此外，该机还配备了2亿像素的潜望长焦镜头，采用三星HP9传感器，等效焦距为100mm，光圈f/2.6，支持ISZ无损输出，覆盖0.6倍至17.3倍的无损焦段。

小米15 Ultra还配备了5000万像素的超广角镜头和中焦镜头，等效焦距分别为14mm和70mm，光圈分别为f/2.2和f/1.8。其中，中焦镜头还支持10厘米的长焦微距拍摄。

值得一提的是，小米15 Ultra此次取消了可变光圈设计，通过景深融合算法优化边缘解析力和光圈景深表现，更专注于提升长焦拍摄能力。该机将于2025年3月2日正式发布，届时将为用户带来更加出色的摄影体验。