Xperia 1 là điện thoại đầu tiên thế giới được trang bị màn hình độ phân giải 4K 3.840 x 1.644 pixel với công nghệ tấm nền OLED. Màn hình 6,5 inch có độ phân giải ngang với các mẫu TV và cao hơn nhiều điện thoại cao cấp đời mới khác như iPhone Xs Max hay Galaxy S10+ . Để tối ưu khả năng trình chiếu phim di động, Sony còn sử dụng tỷ lệ màn hình 21:9 khiến máy dài ra hơn smartphone Android thông thường và tích hợp chip xử lý hình ảnh riêng X1, công nghệ HDR và âm thanh Dolby Atmos như ở TV Bravia.
Xperia 1 là thế hệ kế tiếp, thay thế cho dòng smartphone cao cấp trước đó của Sony là Xperia XZ và Xperia XZ Premium. Máy vẫn giữ thiết kế đặc trưng của Sony với khung kim loại và hai mặt kính cùng chất lượng hoàn thiện tốt. Tuy nhiên mặt lưng kính dễ bám vân tay.
Sony không đi theo trào lưu màn hình tràn viền hay tai thỏ. Camera trước của máy có độ phân giải 8 megapixel thấp hơn so với mức chung 12 megapixel trên những model cao cấp hiện nay.
Xperia 1 là điện thoại đầu tiên của Sony có camera ba ống kính. Camera chính 12 megapixel sử dụng cảm biến 1/2.6 inch, ống kính f/1.6 hỗ trợ cả chống rung điện tử và quang học cùng tính năng lấy nét nhanh Dual Pixel. Hai camera còn lại là ống góc siêu rộng 16 mm và ống tele 2X 52 mm.
Sony Xperia 1 chưa có cảm biến vân tay dưới màn hình mà sử dụng cảm biến tích hợp phím nguồn đặt ở cạnh phải.
Dù có nâng cấp về cấu hình, hiệu năng ở model mới của Sony chưa bằng được Galaxy S10 và những smartphone Android đời mới tới từ Trung Quốc khi phiên bản cao nhất mới có RAM 6 GB, thay vì 12 GB như các đối thủ. Tuy vậy, nhà sản xuất của Nhật cũng sử dụng vi xử lý Snapdragon 855 mới nhất của Qualcomm và tích hợp tính năng tối ưu khi chơi game.
Pin theo máy không quá lớn, 3.300 mAh, hỗ trợ sạc nhanh. Sony cũng đã bỏ giắc cắm tai nghe 3,5 mm trên smartphone mới của mình.
Máy chạy Android 9 với giao diện đặc trưng của Sony. Sony vẫn sử dụng khe cắm sim dạng rút ra nên dù có tính năng chống nước chuẩn IP68 nhưng nếu đậy không kỹ khe sim thì máy dễ bị vào nước.
