三星S21Ultra配备的是一颗一亿像素的主摄摄像头+1200万超广角+1000万长焦（3倍变焦）+1000万长焦（10倍潜望式）+激光辅助对焦，前置配备的为4000万人像镜头，这套相机配置没有凑数镜头，均可以把摄像头的实力发挥到极致的水平！
本次GalaxyS21Ultra主摄搭载的是三星全新研发第四代一亿像素的传感器ISOCELLHM3，这颗新款传感器交给了GalaxyS21Ultra首发，可见三星对影像方面的高度重视程度及期许。而关于这颗传感器最大的提升就是支持了12bit的色深空间，色深空间的提升，动态范围更大，色彩断层也不宜显现出来，显示色彩更是突破了68亿色。
同时这颗最新的传感器依旧1延续了在ISOCELLHMX中的1.33英寸的尺寸，0.8μm等效2.4.μm的像素9合1技术。这颗传感器在对焦功能上有了明显的提升，对焦效果的提升可以快速的捕捉所拍摄的物体，夜景模式也作为三星的重点优化方向，进一步提升SmartISOPro运算效率上提升50%，降低夜景噪点，呈现出优质的画质表现。
而这颗新的一亿像素传感器在视频方面，也是支持8K30fps、4K120fps、FHD240fps的视频录制能力，也有一个激光辅助对焦传感器LaserAF，以提升照片拍摄和视频拍摄方面对焦能力。整体上这颗传感器的功耗也进行了下降，官方所说可以降低6.5%。