在传统的广角主摄配置到达“天花板”之后，手机影像开始进入双主摄阶段，甚至已经推出了主摄和超广角镜头采用相同CMOS的机型。小米11 Ultra是首款采用三主摄的机型，配备了5000万像素的超大底定制主摄、4800万像素的超广角镜头和4800万像素的超长焦镜头，完整覆盖12mm~120mm焦段，满足用户不同的拍摄需求。

凸出的后置模组不仅搭载三枚主摄级别镜头，还内嵌一块背屏小窗，显示日期、通知或成为自拍镜。

其中，主摄像头采用的是1/1.12英寸的三星GN2传感器，几乎和索尼黑卡的CMOS尺寸差不多，是目前业界内最大底的传感器，其单尺寸像素达到 1.4μm，经像素四合一后可以融合成2.8μm的超大像素，让小米11 Ultra拥有强悍的感光能力。而超广角镜头和超长焦镜头均为索尼IMX586，前者具有128°的视角，后者则能够实现最大120倍数字变焦，三枚主摄级别的镜头相互配合，能够以高像素展现不同焦段的清晰画质。

在实际拍摄中，三主摄的水桶配置展现出“1+1+1＞3”的实力。在不少双主摄机型上，低像素的长焦镜头拍摄的画面往往不够精细，也没有足够的进光量，画面亮度通常会比广角和超广角画面略低一些，看上去显得比较昏暗。小米11 Ultra很好地解决了这一问题，在不同焦段上都能够提供风格相似、亮度一致的精细样张。体现在视频录制中时，用户通过变焦杆拉近或拉远画面，依然能够保留连贯性，不会因为画面亮度的变化产生断续感。面对光线不足的暗光或夜景拍摄，小米11 Ultra的夜景模式支持超广角、广角和5X光学变焦拍摄。

另外，针对三主摄带来的大量图形处理任务，小米11 Ultra采用的骁龙888也能够轻松应对。在这方面，骁龙888集成了Spectra 580 CV-ISP，像素吞吐量能够达到27亿像素/秒，三ISP的设计还可以同时捕捉三张2800万像素的静态照片或者三条4K HDR视频。所以在使用无需合帧处理的模式拍摄时，用户按下快门即可进入相册查看照片，即拍即得，而换用夜景等需要合帧处理的模式，用户也不需要等待太久。