Per migliorare la qualità fotografica, Xiaomi ha scelto d’installare sul retro tre sensori. Quello principale è da 48 Megapixel, il secondario è da 12 Megapixel con funzione di teleobiettivo con zoom ottico 2X. Il terzo è un grandangolare da 16 Megapixel. Così facendo sono disponibili tre soluzioni differenti a seconda delle esigenze di utilizzo. Dalle prove che abbiamo effettuato emerge che il sensore principale da 48 Megapixel garantisce ottimi scatti in diurna. In notturna sono buoni, ma subentra un po’ di “rumore” digitale. Avere a disposizione uno zoom ottico 2X fa la differenza in tante circostanze, per esempio quando si scattano ritratti, mentre il grandangolare è ideale per i panorami, anche se soffre di più con poca luce.
Nel complesso la qualità delle foto è migliorata rispetto a quella vista con il Mi 8, soprattutto nella registrazione dei video. Il Mi 9 infatti realizza filmati fino a 4K a 60 frame per secondo, e supporta la modalità super slow-motion a 960 FPS, con la risoluzione in questo caso che si abbassa al Full-HD. Buone anche le fotografie scattate dalla fotocamera anteriore da 20 Megapixel.