Sensor utama memiliki resolusi 108 MP, yang dapat menghasilkan foto dengan detail yang tajam. Sensor kedua memiliki resolusi 64 MP, yang berfungsi sebagai telefoto dengan zoom optik 5x dan zoom digital 50x.
Sensor ketiga memiliki resolusi 48 MP, yang berfungsi sebagai ultra wide dengan sudut pandang 120 derajat.
Sensor keempat memiliki resolusi 12 MP, yang berfungsi sebagai depth sensor untuk efek bokeh.
Kamera belakang Sony Xperia Alpha Z juga memiliki fitur-fitur canggih, seperti optical image stabilization (OIS), phase detection autofocus (PDAF), laser autofocus (LAF), dual LED flash, HDR, panorama, dan night mode.
Kamera ini juga dapat merekam video dengan resolusi 8K 30 fps, 4K 60 fps, atau 1080p 240 fps, dengan fitur slow motion, time lapse, dan gyro-EIS.
Kamera depan Sony Xperia Alpha Z memiliki resolusi 32 MP, yang dapat menghasilkan selfie yang cantik dan natural.
Kamera ini juga memiliki fitur HDR, beautify, portrait mode, dan face unlock. Kamera ini juga dapat merekam video dengan resolusi 4K 30 fps atau 1080p 60 fps.
