Di bagian performa, Xiaomi menyematkannya dengan chipset Qualcomm Snapdragon 8 Elite yang digandengkan dengan 2 pilihan RAM LPDDR5x, yakni 16/512GB atau 16GB/1TB dan kapasitas penyimpanan UFS 4.1.
Xiaomi 15 Ultra ditunjang dengan baterai berkapasitas 5410mAh yang mendukung fitur pengisian daya cepat kabel 90W dan nirkabel 80W.
Canggihnya lagi, HP ini sudah mendukung fitur reverse wireless charging untuk yang menjadikannya mampu mengisi daya dengan hanya menempelkannya di punggung ponsel.
Xiaomi 15 Ultra menjalankan sistem operasi (OS) Android 15 yang memiliki tampilan antarmuka (UI) terbaru Xiaomi, yakni Xiaomi HyperOS 2.
Tampilan antarmuka ini memiliki fitur AI terbaru yang canggih, yakni AI Portrait Dynamic Wallpapers.
Di sektor kamera, HP flagship ini memiliki 4 kamera belakang yang terdiri dari kamera utama Sony LYT-900 50MP berukuran 1 inci, kamera telefoto (f/1.8) yang sudah mendukung teknologi OIS, kamera periskop telefoto 200MP dengan sensor 1/1,4 inci Isocell HP9 dengan focal length setara 100 mm.
