Xperia XZ Premiumは、5.5型の4K HDR（ハイダイナミックレンジ）ディスプレイを搭載するフラグシップモデルです。4K（2160×3840ピクセル）サイズのディスプレイを搭載した同社のスマホは、2015年冬に発売した「Xperia Z5 Premium」以来となります。今回は新たにHDRに対応し、広いダイナミックレンジの輝度情報を扱うことで、明るさと色域の表現が豊かになりました。Qualcommの最新プロセッサ「Snapdragon 835」（8コア）を搭載し、理論値で下り最大1Gbpsの高速通信が可能になります。ソニーモバイルは「4Kサイズの動画も数秒間でダウンロードできる」と説明しています。外部接続端子はUSB3.1（USB Type-C）に対応し、USB2.0の最大10倍となる最大5Gbpsでのデータ転送が可能となっています。有効約1900万画素CMOSのアウトカメラには、ソニーが新規で開発したメモリ積層型CMOSセンサー（Exmor RS for mobile）を採用していて、先読み機能が被写体の動きを検出し、最大4フレーム分の画像をためて、シャッターを押す直前の画像を記録します。