小米15 Ultra搭载全新“徕卡超纯光学系统”，配备“1英寸主摄”与“徕卡2亿超级长焦”，覆盖14-400mm焦段。具体镜头参数为：14mm f/2.2 120°超广角、23mm f/1.63主摄、70mm f/1.8长焦、100mm f/2.6超长焦。主摄采用“徕卡超低反镜头玻璃”，提升全焦段画质，减弱夜景“鬼影”。
小米15 Ultra采用6000mAh金沙江电池，支持小米澎湃90W有线秒充、80W无线秒充。通信方面，采用三芯设计，配备4低频+6中高频天线组，支持7km无网通话，北斗+天通双卫星通信。蜂窝、Wi-Fi 6E及GPS信号强度提升42%。
小米15 Ultra在外观设计、屏幕显示、硬件配置、系统优化等方面均有提升。搭载全新澎湃OS 2系统，优化内核、动画效果及跨端互联功能。超级小爱助手功能增强。
