小米 12S Ultra 是迄今为止唯一一款配备索尼 IMX969“英寸”传感器的智能手机。DxOMark 实验室测试了旗舰的拍摄能力，以确定模块尺寸是否始终至关重要。
小米 12S Ultra 相机上的 50 兆像素图像传感器辅以低反射镜头，并支持光学稳定。相机等效焦距为23mm，最大光圈为f/1.9。默认情况下，智能手机以 12 兆像素的分辨率拍照，但可以升级到完整的 50 兆像素分辨率。超广角模块配备 48 MP Sony IMX586 传感器。
智能手机专家的优势归因于肖像类型以及城市和乡村景观缺乏亮点。他们还注意到夜间模式的良好性能以及图片和视频的宽动态范围。自动对焦功能也没有任何抱怨，专家称图像清晰度和噪点量之间的平衡几乎完美。
缺点是 HDR 操作并不总是稳定，并且在弱光下按下按钮和释放快门之间有 0.3 秒的延迟。在拍摄高对比度的物体时，画面中有时会出现明显的噪点，在逆光下，画面对比度不同的区域会出现灰色的“笼罩”。
视频的质量几乎没有引起专家的抱怨，除了在弱光条件下出现大量噪点（与小米 Mi11 Ultra 相比）。
根据测试结果，小米 12S Ultra 获得 138 分，在实验室综合评分中排名第五，输给了 HUAWEI Mate 40 Pro+，领先于 iPhone 13 Pro Max。