Bảng xếp hạng mới công bố của DxOMark ghi nhận model thứ 3 của Xiaomi lọt vào top 10 smartphone chụp đẹp nhất bên cạnh Mi CC9 Pro và Mi 10 Pro. Danh sách này cũng có 3 model của Huawei, một của Samsung, một của Oppo và một của Honor (thương hiệu con của Huawei).
Mi 10 Ultra đạt 142 điểm về chụp ảnh và 106 điểm về quay video. Máy có ưu điểm cân bằng trắng tốt, chi tiết tốt và dải tương phản rộng cao. Hiệu ứng bokeh khi chụp xóa phông và khả năng chụp macro cũng là những thế mạnh của sản phẩm. Tuy nhiên, smartphone của Xiaomi vẫn có các nhược điểm khi chụp HDR, bị noise nhẹ trong hầu hết các điều kiện chụp.
Máy có hệ thống 4 camera xếp dọc ở phía sau bao gồm camera chính 48 megapixel kích thước 1/1,32 inch, f/1.85, lấy nét PDAF, chống rung quang học OIS. Cảm biến thứ hai phục vụ chụp ảnh tele 2x, 12 megapixel, f/2.0, lấy nét tự động Dual Pixel và một cảm biến góc siêu rộng 13 mm (rộng nhất hiện nay trên smartphone) với độ phân giải 20 megapixel, f/2.2, lấy nét PDAF. Cuối cùng là cảm biến zoom quang 5x, hỗ trợ zoom xa 120x cao nhất trên smartphone, với độ phân giải 20 megapixel.
Ngoài camera, smartphone của Xiaomi cũng nổi bật với màn hình OLED 6,67 inch độ phân giải Full HD+ cong với khả năng hỗ trợ 10-bit màu, tần số quét 120 Hz và tần độc lấy mẫu cảm ứng là 240 Hz. Ngoài ra, màn hình cũng hỗ trợ HDR 10+, độ sáng tối đa 800 nit và tỷ lệ màn dài 19,5:9. Công nghệ sạc Mi Turbo Charge với công suất 120 W cho phép sạc đầy 4.500 mAh pin tích hợp chỉ trong 20 phút. Xiaomi hứa hẹn dù tốc độ sạc nhanh, pin cũng không bị chai nhanh với thử nghiệm con 90% pin sau 800 chu kỳ sạc. Pin của máy là loại lithium-ion dựa trên công nghệ graphene giúp sạc nhanh và ít bị chai.