小米12S Ultra的影像配置相当强悍，与索尼联合打造了5000万像素一英寸超大尺寸的IMX989传感器，给手机带来了更大的进光量，从而拥有非常优秀的噪点控制能力，也让手机拥有了更大的动态范围。

还有4800万像素的128度超广角镜头和4800万像素潜望式长焦镜头，支持120倍数码变焦。每一个镜头都是主摄级别的画质，采用的镜头材质和镀膜，进一步改善紫边和眩光的问题，轻松出片。

小米12S Ultra的变焦能力十分顶级，常用焦段上的清晰度表现一流，10X变焦呈现完全的无损画质，即便放大看远处的文字，也不会有丝毫锐度的降低。随着变焦倍数的不断放大，清晰度方面会逐渐受到影响，但依然能够看清好几公里之外的城市地标，50X变焦电视塔的大致轮廓清晰，120X变焦依旧能获取到不少建筑细节。