小米官方宣布，小米13 Ultra将搭载全焦段5000万像素四摄：“全焦段强大，才有全面专业体验；全高像素，长焦画质从此值得细细品味；全大光圈，抓拍、夜景每一颗镜头都擅长；小米13 Ultra的全焦段徕卡光学，创作从此自由。”
在四颗镜头的具体规格上，小米13 Ultra的主摄沿用了上代小米12S Ultra的IMX989，其堪称“打遍天下无敌手”的表现自不必多说。而另外三颗副摄，则采用了索尼全新的IMX858。IMX858是索尼首颗支持多摄协同系统的副摄传感器，能够解决此前不同传感器切换中，出现的视角变化、色调变化等问题。
同时，多摄协同系统的加入，也使得整个相机系统的功耗大幅降低，让手机能够胜任长时间、多焦段的拍摄需求。
