Smartphone cao cấp nhất của Xiaomi sử dụng cảm biến ảnh cỡ lớn một inch từ Sony và được tinh chỉnh phần mềm, hệ thống quang học bởi Leica.
Xiaomi 12S Ultra có thông số camera góc siêu rộng và ống kính zoom xa tương tự Mi 11 Ultra, nhưng camera chính vượt trội. Trong đó, hãng điện thoại Trung Quốc sử dụng cảm biến Sony IMX989 kích thước một inch tốt nhất hiện nay, độ phân giải 50,3 megapixel, góc rộng 23 mm và kích thước điểm ảnh 3,2 micromet khi ở chế độ chụp 12,5 “chấm”.
Leica thể hiện dấu ấn đậm nét cả về phần mềm lẫn thiết kế quang học trên Xiaomi 12S Ultra. Thấu kính quang học 8P trên cảm biến chính giúp giải quyết các vấn đề như lóa sáng, quang sai màu và bóng mờ. Ngoài cụm camera được làm nổi bật phía sau như máy ảnh du lịch, máy còn in logo Leica cũng như nhãn hiệu ống kính nổi tiếng là Summicron.
Phần mềm chụp ảnh trên 12S Ultra cũng được tinh chỉnh riêng với hai phong cách chụp ảnh khác nhau gồm Leica Authentic Look và Leica Vibrant Look. Chế độ đầu tiên tập trung vào độ tương phản ánh sáng, thể hiện bóng tối và tạo thêm chiều sâu cho ảnh. Chế độ thứ hai kết hợp giữa xử lý ảnh thông minh của Xiaomi và tinh chỉnh màu sắc của Leica. Các bộ lọc màu có sẵn gồm Leica Vivid, Leica Natural, Leica BW Natural và Leica BW High Contrast.
Hai camera còn lại của máy đều dùng cảm biến Sony IMX586 kích thước 1/2 inch 48 megapixel như Mi 11 Ultra. Camera góc siêu rộng tiêu cự 13 mm f/2.2, tự động lấy nét và hỗ trợ chụp macro. Camera còn lại có tiêu cự 120 mm f/4.1. Xiaomi 12S Ultra có thể chụp ảnh JPEG hoặc HEIF ở định dạng 8 bit, cũng như các tệp DNG RAW 10 bit. Smartphone của Xiaomi là model chạy Android đầu tiên hỗ trợ quay Dolby Vision HDR.
Xiaomi 12S Ultra có màn hình Super Amoled 6,73 inch độ phân giải 3.200 x 1.440 pixel, hỗ trợ AdaptiveSync Pro, có thể thay đổi tần số quét 1-120 Hz. Pin 4.860 mAh hỗ trợ sạc không dây 67 W và 50 W (sạc không dây ngược 10W).
Máy dùng chip Snapdragon 8+ Gen1 mới với 8 hoặc 12 GB RAM và 256 GB hoặc 512 GB bộ nhớ UFS 3.1. Xiaomi cho biết sản phẩm sử dụng cơ chế làm mát bằng chất lỏng 3D có mạng lưới mao dẫn để bơm chất lỏng ngưng tụ ở phía đối diện ở các vùng bị nóng.
Xiaomi trang bị cho 12S Ultra khả năng chống bụi, nước IP68, hai lựa chọn màu xanh lá và hoặc đen với bề mặt sau giả da. Giá bán tại thị trường Trung Quốc khởi điểm từ 5.999 tệ (22,1 triệu đồng) cho bản 8/256 GB.