Lần đầu tiên Sony mang những tinh hoa của một chiếc máy ảnh KTS vào một chiếc điện thoai thông minh. Cụ thế với camera độ phân giải 20.7 megapixel cảm biến Exmor RS kích thước 1/2,3 inch, ống kính G với góc rộng 27mm, khẩu độ F/2.0, có bộ xử lý ảnh Bionz, Sony hứa hẹn sẽ đem tới chất lượng hình ảnh ngang bằng với máy ảnh compact truyền thống.

Xperia Z1 còn có camera với những tính năng cao như Social Live-truyền video trực tuyến lên mạng xã hội, Info-eye-tự thêm thông tin địa danh vào khung hình sau khi chụp, Timeshift Burst-ghi lại tới 61 bức hình trước và sau khi ấn nút chụp 2s giúp người dùng chọn khoảnh khắc yêu thích nhất, cuối cùng là AR-Effect-thêm hiệu ứng thực tế ảo vào bức hình.