Galaxy Note20 Ultra có màn hình 6,9 inch, Infinity O với tấm nền Dynamic Amoled 2X mới, độ phân giải QHD+ và tần số refresh 120 Hz. Tuy nhiên, màn hình của Note 20 Ultra có thể tự điều chỉnh tần số làm tươi tuỳ theo tác vụ của người dùng để tối ưu hoá thời lượng pin.
Galaxy Note20 Ultra có ba màu: đồng, bạc và đen. Samsung sử dụng kính với chất liệu mờ cho sản phẩm này, giúp cầm chắc tay hơn và không bị bám vân tay như trên thế hệ trước. Máy được trang bị chuẩn chống nước IP68 và cảm biến vân tay trong màn hình.
Cụm camera có kích thước lớn nhưng được bố trí đơn giản và đẹp mắt. Galaxy Note20 Ultra chỉ có 3 camera sau thay vì 4 như trên Galaxy Note10+, trong đó, camera góc siêu rộng 108 megapixel giống "đàn em" S20 Ultra, camera tiềm vọng 12 megapixel hỗ trợ zoom quang 5x và zoom số tối đa 50x, cuối cùng là camera góc siêu rộng 12 megapixel.
Samsung tích hợp cảm biến lấy nét laser cho Note20 Ultra nên khả năng lấy nét nhanh, gần như không có độ trễ, rất tiện khi quay phim.
Ngoài các tính năng chụp ảnh quen thuộc, Note20 Ultra tập trung vào quay video 8K với khả năng quay ở khung hình 21:9, tốc độ 120 khung hình/giây. Trên Note20 Ultra người dùng có thể tuỳ chọn micro thu âm hoặc kết nối với tai nghe Galaxy Buds Live - lúc này Buds Live có chức năng như micro, chất lượng thu âm sẽ không ảnh hưởng bởi môi trường xung quanh.
Bút S Pen không có thay đổi về thiết kế, nhưng độ nhạy đạt 9 ms, cao hơn 5 lần so với thế hệ trước. Ngoài nâng cấp về phần cứng, màn hình với tần số làm tươi 120 Hz cũng giúp độ nhạy của S Pen tăng.
Ngoài các tính năng quen thuộc, S Pen mới được trang bị Air Actions - có thể sử dụng được với hầu hết các ứng dụng hiện có trên Android thay vì chỉ một số ứng dụng của Samsung. Với tính năng này, người dùng có thể chụp màn hình, về Home, quay lại trang trước bằng cách dùng bút vẽ lệnh mà không cần chạm vào màn hình.
Tại Việt Nam, Samsung sẽ bán hai phiên bản Note20 Ultra. Trong đó, một bản sử dụng kết nối 4G, một bản hỗ trợ 5G. Cả hai đều sử dụng chip Exnyos 990, RAM 128 GB, bản 4G có bộ nhớ trong 256 GB trong khi bản 5G là 512 GB.
Galaxy Note20 Ultra dày hơn so với thế hệ trước. Máy dày 8,1 mm, trong khi Note10+ là 7,9 mm. Vị trí nút bấm cũng được thay đổi: phím bấm cứng chuyển sang phải máy thay vì bên trái.
Galaxy Note20 Ultra chạy Android 10, giao diện One UI 2.1. Máy cũng hỗ trợ tính năng Dex không dây. Người dùng có thể vừa sử dụng smartphone để nghe gọi, nhắn tin vừa dùng các tính năng làm việc hoặc trình chiếu qua TV mà không cần cắm dây.
Pin được tăng dung lượng lên 4.500 mAh, cao hơn Note10+ 200 mAh, nhưng vẫn thấp hơn mức 5.000 mAh của S20 Ultra. Ngoài ra, máy còn có sạc nhanh 45W cho phép sạc đầy pin trong 70 phút.