小米13 Ultra 主相机采用徕卡四镜头设计，包括一个采用1 吋IMX989 感光元件的5000 万像素标准镜头，支持F1.9 / 4.0 可变光圈、HyperOIS 超级防手震；另外搭配一个5000 万像素IMX858 122 度超广角镜头、一个5000 万像素IMX858 OIS 3.3X 望远镜头以及一个5000 万像素IMX858 OIS 5.2X 潜望式望远镜头。另外前置相机则为3200 万像素。
此外，主镜头支持500 万像素RAW 档拍摄，带来更高的影像解析力，同时提供多帧14bit UltraRAW，直接从计算流程中取得拍摄资讯，提供更好的解析力和高动态范围。小米13 Ultra 另外也带来全新的「街拍模式」，发挥1 吋感光元件主镜头和可变光圈的硬体优势，与小米影像大脑的加速引擎，仅需0.8s 即可启动相机达到免对焦快速追拍。
小米13 Ultra 同样也采用了高通Snapdragon 8 Gen 2 八核心处理器，另外也内建12GB LPDDR5X RAM 以及512GB UFS 4.0 储存空间，具备高速资料读写能力；不过它就无法扩充记忆卡容量。另外它也具备双SIM 卡槽，支持5G 双卡双待；但就不像其他两款小米13 系列机种一样支持eSIM。
在电量部分，小米13 Ultra 内建5000 mAh 电池容量，比小米13 Pro 再大一些，支持90W 有线快充以及50W 无线快充，并随附90W 充电器；手机也内建立体声双喇叭，位于上下边框的位置。