小米13 Ultra的外形很有辨识度，机身明显的分为金属区域和素皮区域，这种大面积不同材料的拼接设计只此一家。其实小米13 Ultra的设计灵感源自徕卡相机，毕竟徕卡的经典相机就是皮质与金属的结合。
中框金属区域是小米创新打造的Unibody金属框架。与普通的双曲面设计相比，将边框向内延伸了4.4mm。整个中框部分多用了20%的金属材料，结构强度是直线上升，抗弯曲能力是小米12S Ultra的4.4倍，苹果那种一掰就弯的情况是肯定没有的。
中间的素皮部分采用坡度过渡，镜头部分的厚度更大，预留大底传感器需要的空间。表面覆盖第三代科技纳米皮，与小米13系列的材料相比，延续了耐磨、耐脏、耐黄变的特性，还额外添加铜锌符合单原子抗菌剂，达到了国家一加抗菌标准。
小米13 Ultra手感细腻柔软，表面阻尼力高，握持感很稳。并且整机提供IP/68级别防水，能够带到各种极端环境去拍照。