該機的設計此前已經公布，延續了圓盤攝像頭模組，包裹一圈金邊，機身采用一體化金屬中框，在鏡頭模組下方有一個斜坡線條過渡，后蓋為“第二代科技納米皮”材料，支持 IP68 防塵防水。
根據小米官方介紹，小米 13 Ultra 搭載“第二代科技納米皮”，抗菌能力達 99.9%，擁有更接近相機飾皮質感，以及更佳的抗臟污能力。
影像方面，小米 13 Ultra 將帶來全新徠卡 Summicron 鏡頭、全新一代感光元件，全焦段大光圈，從超廣角到中長焦、再到超長焦全面覆蓋。小米 13 Ultra 搭載徠卡四攝，全部都是 5000 萬像素，全部都是大光圈，全部都支持抓拍、夜景拍攝、8K 視頻拍攝等，具體傳感器分別是 IMX989+IMX858+IMX858+IMX858.其中，主攝采用「徠卡一英寸可變光圈」，提供 f / 1.9、f / 4.0 兩種光圈尺寸。
綜合此前報道，小米 13 Ultra 采用第二代驍龍 8 移動平臺，LPDDR5X 內存 + UFS 4.0 閃存，最高提供 16GB+1TB 存儲。采用 6.7 英寸 120Hz QHD+ 顯示屏，配備 5000mAh 大容量電池，支持 90W 充電功率，還會提供最高 50W 的無線充電支持，搭載了小米澎湃 P2 充電芯片和小米澎湃 G1 電源管理芯片。搭載了自研雙翼天線組，全頻信號提升 58%。小米 13 Ultra 還搭載自研環形冷泵散熱技術，散熱能力相比于傳統 VC 提升 300%，可以做到 4K 60 幀連續拍攝，而且全程不掉幀。
