Флагман нового поколения оборудован 5-нанометровой однокристальной системой Snapdragon 888 с графическим контроллером Adreno 660. В Geekbench тест на производительность прошла модификация с 12 ГБ оперативной памяти, хотя уже известно, что на рынке появится и вариант с 16 ГБ ОЗУ. В однопоточном режиме Xiaomi Mi 11 Ultra набрал 1132 балла, а в тесте всех ядер результат составил 3488 баллов.
Устройство работает под управлением операционной системы Android 11. Есть вероятность, что сразу в продажу смартфон поступит с фирменным программным обеспечение MIUI 12.5. Из прочего отметим основную камеру разрешением 50 Мп + 48 Мп + 48 Мп, дополнительный дисплей на тыльной панели, защиту IP68, дисплей 3K и аккумулятор на 5000 мАч.