Nový telefon Xperia Z Ultra je odolný proti prachu a vniknutí vody. Za předpokladu, že jsou všechny porty a kryty telefonu pevně uzavřené, je telefon chráněn proti vniknutí proudu vody ze zdroje s nízkým tlakem z libovolného směru v souladu s normou třídy krytí IP55. Je dále možné jej ponechat pod vodou do hloubky 1,5 metru po dobu až 30 minut v souladu s normou třídy krytí IP58. Telefon není určen k samovolnému pohybu na hladině či používání pod hladinou vody mimo meze stanovené klasifikacemi IP55 a IP58. Výrobce však inzeruje, že je s telefonem možné pořizovat videozáznam v plném rozlišení pod vodní hladinou.
Jedná se o první chytrý telefon, který do mobilních zařízení přináší displej Triluminos Display for mobile, který nabízí širší barevnou paletu přirozených barev. Používá technologii X-Reality for mobile, která provádí analýzu každého obrazu a dopočítává chybějící obrazové body, čímž dochází k optimalizaci kvality a vzniku nejostřejšího možného obrazu. Tato technologie analyzuje součásti obrazu na základě zobrazované scény a upravuje je podle vzoru, obrysů a barevné kompozice.
Použitý procesor Qualcomm Snapdragon 800 patří s frekvencí 2,2 GHz k nejvýkonnějším CPU pro mobilní zařízení s Androidem. S ohledem na velikost displeje a výkon CPU věnoval výrobce obzvláštní pozornost úspoře energie. Režim Battery STAMINA Mode dokáže podle Sony značně prodloužit délku pohotovostního režimu telefonu, a to i čtyřnásobně nebo více, díky tomu, že rozpozná, kdy se nepoužívá displej telefonu a automaticky ukončuje nepotřebné funkce, zatímco požadovaná upozornění zůstávají nadále aktivní. Jakmile uživatel následně stiskne vypínač telefonu, aby opět aktivoval displej, obnoví se všechny funkce do předchozího stavu.
Velký displeji je vybaven funkcí rozeznávání písma a lze na něj kreslit jakoukoliv tužkou i kapacitním stylusem nebo perem s průměrem hrotu větším než 1 mm. S telefonem je možné pořizovat poznámky nebo vytvářet nákresy i během telefonování.
Telefon je vybaven 8Mpx fotoaparátem, 16GB interní pamětí (11 GB dostupných pro uživatele) a slotem pro mikroSD/mikroSDXC karty s kapacitou až 64 GB. Vestavěný akumulátor s kapacitou 3000 mAh má podle výrobce vydržet na 11 hodin hovoru, na 120 hodin přehrávání hudby, nebo na 5,5 hodiny přehrávání videa. Rozměry telefonu činí 179,4 × 92,2 × 6,5 mm, hmotnost 212 gramů a operační systém Androide je ve verzi 4.2 (Jelly Bean).