小米13Pro和小米13Ultra後置主攝鏡頭一樣。

小米13Pro和小米13Ultra後置主攝為5000萬像素（IMX989）主攝，配有5000萬像素（IMX858）長焦、5000萬像素（IMX858）超長焦以及5000萬像素（IMX858）超低畸變廣角鏡頭。兩款手機主攝硬件一致，但小米13Ultra多了一顆5倍光學變焦的超長焦鏡頭，變焦範圍更廣，可以適應更多的場景。

小米13 Pro和小米13 Ultra的主攝鏡頭不完全一樣。兩款手機雖然都配備了1億像素的主攝相機，但具體的鏡頭參數和功能略有不同。
小米13 Pro的主攝相機是由三星定製的1億像素ISOCELL GN2傳感器和f/1.95大光圈的鏡頭組合而成，支持光學防抖和相位對焦。
而小米13 Ultra的主攝相機是由三星定製的1億像素ISOCELL GN2傳感器和f/1.95大光圈的鏡頭組合而成，與小米13 Pro的主攝相機相同。但小米13 Ultra還配備了一顆4800萬像素的超廣角相機和一顆2000萬像素的長焦相機，形成了三攝拍攝系統。
因此，雖然主攝相機的傳感器和光圈一樣，但小米13 Ultra相比小米13 Pro還多了超廣角相機和長焦相機，具備更豐富的拍攝功能。