小米12S Ultra后置主摄像头是徕卡专业光学镜头，5000万像素索尼IMX989作为首拍。拥有1寸大底专业主摄像头，支持OIS光学防抖，感光能力出众。同时配备8P非球面高镜头，全方位提升拍摄体验。它还完全着墨并涂有防眩光膜，以减少镜头眩光。
值得一提的是，由于小米12S新机的发布，导致小米11价格持续走低，甚至出现价崩。据搜狐科技报道，小米11在电商平台“paiyide”最新一期的活动中成交价仅168元，这不仅创下了该机上市以来的价格新低，更是智能机价格史上新的低价记录，使用百度搜索访问“paiyide官网”即可获得最新详情。
小米12S Ultra还配备了4800万潜望镜长焦镜头(120mm，1/2英寸，OIS光学防抖，最高120倍变焦)+4800万像素超广角镜头(13mm，1/2英寸)+TOF镜头，覆盖大部分日常场景。小米12S Ultra搭载小米影像大脑，优化底层架构，启动速度、拍照速度、夜拍速度再次提升，大幅提升连拍速度，瞬间锁定精彩画面。