在相機配置方面，小米12S Ultra采用了后置三攝，在使用思路上與小米11 Ultra類似，均是一顆大底主攝，再配上大底潛望長焦鏡頭和大底超廣角。主攝采用的是1英寸大底的索尼IMX989，具有5030萬像素，在1250萬像素模式拍照時，像素尺寸高達3.2μm，是當(dāng)下手機鏡頭中的最大尺寸，賦予了小米12S Ultra無與倫比的進光量。這顆鏡頭還采用了8P非球面鏡，其中一片增加了能吸收紫外線的環(huán)烯烴材料，減輕拍照中的紫邊現(xiàn)象。對非成像區(qū)域鏡片進行逐片邊緣涂墨，減少無用光的干擾。在紅外濾光片中還有旋涂工藝，用來改善花瓣炫光情況。

此次小米12S Ultra主攝為索尼IMX989傳感器，高達1英寸超大感光元件、8P全鍍膜、支持OIS光學(xué)防抖。

另外兩顆鏡頭的使用上，小米12S Ultra也是豪華規(guī)格，128度大視角的13mm超廣角鏡頭，采用的是4800萬像素主攝級別的IMX586傳感器；長焦鏡頭則是4800萬像素潛望長焦，同樣使用主攝級別的IMX 586傳感器，最高提供120倍的變焦能力。