小米5S采用了一顆索尼IMX378 CMOS傳感器，感光元件尺寸大1/2.3英寸(6.20×4.65毫米)，已經趕上了普通的卡片式數碼相機，同時比iphone 6S Plus大了59%。

　　同時，單個像素的尺寸也達到1.55微米，比起iPhone 6S Plus又大了61%。

　　小米稱，小米5S是一臺超感光相機，而且還給這個攝像頭起了個特殊的名字，叫做“暗夜之眼”，聲稱它白天和夜晚都能拍出好照片，即使在逆光和暗光下，表現依然出色。