小米 12S Ultra 主相機採用了 Sony IMX989 感光元件，除了擁有 5,000 萬畫素，一吋的大尺寸設計，讓原生像素尺寸達到 1.6μm，像素合併之後更可達 3.2μm，感光能力比小米 12S 提升 72%，支援 Quad-PD 相位對焦，具備光學防手震，並同樣支援 30fps 快速連拍。
小米 12S Ultra 採用徠卡 Summicron 鏡頭系統，八片鏡片上全使用了 ALD 低反射鍍膜，並將鏡片邊緣塗黑減少雜光，降低鬼影行長，環烯烴材質減少紫外線，去除色散，感光元件前再採用紅外線濾鏡，力求光線進入相機的純淨。
除了主相機，小米 12S Ultra 的長焦和超廣角相機，也採用了 1/2 的 4,800 萬畫素 Sony IMX586 感光元件，128 度超廣角具備自動對焦，能接續主相機繼續抓著主角以外，五倍潛望長焦能提供最高 120 倍的混合變焦，並且除了光學防手震，再加上了 Zoom EIS，提供更穩定的長焦拍攝表現。
小米 12S Ultra 同樣具備徠卡經典與生動兩種拍攝風格檔，並內建多款徠卡風格濾鏡以及鏡頭效果模擬，連同錄影都可以套用徠卡濾鏡；專業拍攝機能上，小米 12S Pro 與 Adobe 合作校正 RAW 檔，內建色彩校正資料，用 Adobe Lightroom 及 Camera Raw 開啟，即可自動將照片最佳化。
小米 12S Ultra 錄影機能也再次提升，除了支援 8K 高畫質錄影，HyperOIS 號稱每秒可以偵測 5.6 萬萬次的鏡頭位置，以及每秒 7,000 次的姿勢偵測，鏡頭歸位僅需 7 毫秒，提供更強的錄影防手震功能，同時小米 12S Ultra 也是 Android 首款支援 Dolby Vision 影片拍攝的手機。
小米 12S Ultra 採用環保有機矽膠素皮機背，模擬小牛皮紋路，號稱更抗污耐用，鏡頭模組周邊採用鋁合金一體成型包覆，鏡頭周圍的金圈則是鍍上了 23K 金，同時小米 12S Ultra 也支援 IP68 高係數防水防塵。
▲ 小米 12S Ultra 提供了冷杉綠與經典黑兩種顏色。
小米 12S Ultra 搭載了 6.73 吋 QHD+ 的 AMOLED 曲面螢幕，採用二代 LTPO 技術，能達到 1~120Hz 自動更新率，並擁有 10bit 色深，最高亮度達 1,500 nits，具備 16,000 級調光，支援 HDR10+ 以及 DolbyVision 顯示，並擁有 JNCD≈0.33 以及 Delta E≈0.32 的色彩準確度。
小米 12S Ultra 同樣採用了高通 S8+ Gen1 處理器，並且搭載了全新的 3D 葉脈冷泵散熱系統，仿生設計的散熱管道能提高 100% 的散熱熱效率。內建 4,860mAh 電池並採用第二代矽氧負極電芯，搭配澎湃 G1 電源管理晶片維護壽命，以及澎湃 P1 晶片，提供 67W 有線、50W 無線快充，以及 10W 無線反向充電。
▲ 搭載高通 S8+ Gen1 處理器。
▲ 葉脈冷泵散熱系統號稱可提升 100% 散熱效率。
▲ 4,860mAh 電池支援 67W 有線及 50W 無線快充。
沒有國際版
小米 12S Ultra 將推出 8GB+256GB、12GB+256GB 以及 12GB+512GB 三種容量，售價分別為 5,999、6,499、6,999 人民幣，目前小米 12S 系列皆沒有在中國海外上市的計畫。