カメラ機能はZ5シリーズと同様に、ソニーのデジタル一眼レフカメラ“α”のエンジニアと共同で開発を行った高機能を特徴にうたう。上位の“X Performance”と“X”には新たに「Predictive Hibrid Auto Focus」と呼ばれる被写体の動き予測して正確な手ブレを抑えた写真撮影を可能にする自動フォーカス機能が搭載された。
メインカメラ側のイメージセンサーは全機種がソニー独自開発の「Exmor RS for mobile」を搭載。画素数は上位2機種が約2300万画素、ISO感度はISO12800までカバー。上位2機種が広角24mmの「Gレンズ」を内蔵する。“XA”のセンサーは約1300万画素で、オートフォーカスは「ハイブリッドAF」仕様とし、Gレンズも非搭載な点など、上位機に比べると仕様はやや簡易化されている。フロントカメラは上位2機種が約1300万画素のイメージセンサーを搭載し、レンズも広角22mmのワイド仕様、HDRにも対応するなどセルフィ撮影時の利便性を強化した。