Galaxy S21 Ultra là smartphone cao cấp nhất trong bộ ba S21. Máy có màn hình 6,8 inch, nhỏ hơn 0,1 inch so với Galaxy S20 Ultra, thiết kế Infinity O với tấm nền Dynamic Amoled 2X mới. Độ phân giải màn hình đạt QHD+, tần số refresh 120 Hz.
Màn hình của máy có thêm chế độ bảo vệ mắt bằng AI, theo đó, máy sẽ tự điều chỉnh độ sáng và giảm ánh sáng xanh có hại cho mắt người dùng. Tần số làm tươi cũng tự tăng giảm từ 10 Hz đến 120 Hz tuỳ vào ứng dụng được sử dụng.
S21 Ultra có thiết kế hoàn toàn mới. Mặt kính sau dạng mờ giúp chống bám vân tay. Cụm camera gắn liền với khung viền và có kích thước lớn nhất hiện nay trên thị trường.
Cụm camera sau gồm 4 camera thành phần, trong đó camera chính sử dụng cảm biến 108 megapixel thế hệ mới, ống kính góc siêu rộng 12 megapixel, tele 10 megapixel và camera tiềm vọng 10 megapixel. Camera trên Galaxy S21 Ultra có khả năng zoom quang 10x, hỗ trợ quay phim 8K với chống rung quang học.
Camera trước 40 megapixel - cao nhất trong dòng smartphone cao cấp.
Smartphone cao cấp mới của Samsung trang bị chip Exynos 2100 - chip đầu tiên mà hãng sản xuất trên tiến trình 5nm giống Snapdragon 888 hay Apple A14 Bionic. Máy dùng RAM 12 GB, bộ nhớ trong 128 GB hoặc 256 GB.
S21 Ultra có bản đặc biệt RAM 16 GB và bộ nhớ trong 512 GB.
Galaxy S21 Ultra sẽ chạy Android 11 cùng giao diện One UI 3.0. Pin dung lượng 5.000 mAh, hỗ trợ sạc nhanh 25W, sạc không dây và sạc ngược.
Năm nay, S21 Ultra sẽ hỗ trợ bút S-Pen với gần như đầy đủ tính năng giống dòng Note của Samsung. Tuy nhiên, S-Pen là phụ kiện bán rời.