Kamera menjadi daya tarik utama Xiaomi Mi 12S Ultra yang menggandeng Leica. Xiaomi Mi 12S Ultra menawarkan sensor Sony IMX989 1 inci dengan kamera sudut lebar 23mm 50,3MP sekaligus menjadi sensor imager terbesar di smartphone mana pun dan menghadirkan piksel individual terbesar pada 3,2 µm dalam mode 4-in-1 binned 12,5MP.
Leica meningkatkan Xiaomi 12S Ultra dalam pencitraannya, mulai dari desain optik dan perangkat lunak pencitraan. Lensa di depan sensor 1 inci adalah lensa elemen 8P yang mampu menangani masalah seperti suar, chromatic aberration, dan ghosting.
Dari segi perangkat lunak, ada dua gaya fotografi "Leica Authentic Look" dan "Leica Vibrant Look". Tampilan autentik bertujuan untuk menghasilkan gambar yang alami, berfokus pada kontras cahaya dan bayangan, menambah kedalaman pada foto. Selain itu, ada filter Leica - Leica Vivid, Leica Natural, Leica BW Natural, dan Leica BW High Contrast.
Xiaomi 12S Ultra juga menghadirkan dua sensor kamera lainnya yaitu Sony IMX586 1/2,0 inci dengan sensor 48MP. Kemudian ada lensa Ultrawide 13mm f/2.2 dengan fokus otomatis dan kemampuan makro. Tak hanya itu, Xiaomi 12S Ultra juga memiliki kamera telefoto periskop 120mm f/4.1. Keduanya menangkap gambar diam 12MP dengan piksel 1,6µm setelah binning.
Xiaomi 12S Ultra mampu menangkap JPEG atau HEIF efisiensi tinggi dalam 8-bit, serta file DNG RAW 10-bit dengan profil tertanam untuk Adobe Lightroom. Di sisi video, Xiaomi 12S Ultra menjadi ponsel Android pertama yang mendukung perekaman Dolby Vision HDR. Video h.265 10-bit ditangkap dalam HLG dengan ruang warna Rec.2020 dalam 4K dan FullHD.
Pada mode 4K, pengguna mendapatkan 30fps dan 60fps hingga 80Mbps, sedangkan pada 1080p memiliki 60fps pada 55Mbps dan 30fps pada 35Mbps.
Sejauh ini Xiaomi telah mengkonfirmasi HP itu tidak akan tersedia di luar China. Xiaomi 12S Ultra dijual CNY 5,999 untuk 8/256GB, CNY 6,499 untuk 12/256GB, dan CNY 6999 untuk 12/512GB.