该机采用5.5英寸4K显示屏，PPI达到了恐怖的806，是史上PPI最高的手机。其余规格和Xperia Z5类似，包括骁龙810处理器、3GB内存、32GB机身存储空间、500/2300万像素摄像头以及3430mAh电池。Xperia Z5 Premium的2300万像素摄像头和Xperia Z5上的一样，配备的是1/2.3英寸的Exmor RS传感器，搭配索尼G镜头，光圈为F/2.0。

前置500万像素摄像头采用的是Exmor R传感器，支持25mm广角，可实现1080p视频录制。由于2300万像素主摄像头专门为4K视频录制做了优化，所以Xperia Z5 Premium最高支持200GB以上的Micro SD卡，否则32GB的机身存储空间分分钟就被塞满了。另外和Xperia Z5一样，Xperia Z5 Premium也支持指纹识别功能，指纹识别模组位于机身侧面。