影像方面，小米 15 搭载与徕卡合作的新一代光学镜头：
- 前置 32MP（豪威 OV32B40）居中挖孔镜头
- 后置 50MP 主摄（光影猎人 900，1/1.3"，f/1.62，OIS）
- 后置 50MP 超广角（三星 S5KJN1，f/2.2）
- 后置 50MP 长焦（三星 S5KJN5，1/2.75"，28nm，f/2.0，OIS，支持浮动对焦）
- 支持 Xiaomi AISP 2.0（AI 大模型计算摄影平台 2.0）
小米 15 还支持了小红书、抖音、微博的动态照片分享，其中微博分享为首发搭载。
