搭载了索尼4800万传感器，解析力惊人，激光对焦，三个镜头全部是闭环马达，对焦准，成片率高，三个镜头全部是6P镜头，画质出色，这个超贵，蓝宝石玻璃保护片，不锈钢支架，一体黑镀膜。
不仅画幅更大，细节更多，解析力更强。在放大的过程中细节清晰展现（“放大镜”），还可以裁切实现超长焦段才会有的变焦能力（“望远镜”）。小米9，搭载索尼目前像素最高的IMX586，1/2英寸超大底，更能硬件直出4800万像素照片。
支持四合一成像，单个像素感光面积是原来的4倍。合成后1.6μm的大像素，夜晚拍照优势尽显，不仅画面亮度更高，纯净度也好，看看黑色的天空就会知道。夜晚拍照还有神奇的“超级夜景”。
在1600万超广角镜头的设计上增加了微距功能。目前主流手机对焦小于10cm左右就无法对焦，小米9 几乎可以“贴在脸上”拍，微距下的细节表现极为细腻，所能够得到的细节信息都被完全保留下来，还会有非常自然的虚化效果，很容易拍出大片。
对于单反相机（摄影学）来说，50mm焦段（标准镜头）是最接近人眼视角的焦段，小米9搭载的1200万人像镜头也采用等效焦距50mm的方案，在人像拍摄时自动切换至1200万长焦人像镜头，自然的渐变虚化，舒适的人眼视觉感受。
友商旗舰，虽然号称有长焦或者人像，要么是用默认镜头拍人像（拍人像特写就会距离人脸太近产生畸变），要么是通过主摄裁切的方式获取合理的视觉感受（损伤解析力）。
小米9的三个摄像头都用了闭环马达，加上激光混合对焦，这次的对焦和成像速度绝对是小米之最，可以实现极速抓拍。使用反差、相位、激光进行混合对焦，有效提高对焦成功率。
前置2000万镜头，拥有目前AI美颜的所有功能。
