Xperia XZがシリーズの新しいフラグシップである所以は、高度なカメラ機能を搭載したところにある。イメージセンサーの「Exmor RS for mobile」、広角24mmのGレンズ、画像処理エンジン「BIONZ for mobile」などソニー独自のデバイスや、デジタル一眼αシリーズの開発チームと共同開発により練り上げた画質などはXperia X Performanceシリーズとコンセプトを共有している。メイン側23MP、フロント側13.2MPというセンサーの有効画素数も一緒だが、従来からのCMOSイメージセンサーを含む2つの新しいセンサーを統合した「トリプルイメージセンシング技術」によりXperia XZの画質が大きく進化している。
Xperiaユーザーの中には、スマホのカメラなのにやたらマニュアル撮影機能が充実しているから、これを選んでいるという方もいるだろう。最新モデルのXperia XZではマニュアル撮影時にユーザーが任意に設定できる項目がまた増えた。Xperia X Performanceで設定できたISO感度、HDRのオン・オフ、シーン設定、ホワイトバランスと露出補正に加えて、13段階のシャッタースピード調整とマニュアルフォーカスに対応する。