拍照方面，小米4S依然搭載了500萬像素前置攝像頭和1300萬像素主攝像頭，前后攝像頭均擁有F2.0光圈，并輔以雙色溫閃光燈，延續了前作小米4c的硬件參數。特別要指出的是，盡管小米4S搭載的高通驍龍808處理器最高可支持4K視頻拍攝和播放，不過小米4S最高僅支持1080p全高清視頻錄制，再次與小米4c保持一致。
對于小米的粉絲來說，“相位對焦”自然不會陌生。它可以有效提升手機的對焦、成像速度，前作小米4c即支持“相位對焦”，最新機型——小米4S同樣如此。從實際體驗來說，“相位對焦”有效改善了手機的拍照體驗，對焦、拍照瞬間即可完成，整個過程干凈利落，體現了技術的進步，以及小米的優化水準。
相機界面
拍照樣張
拍照樣張
從實拍樣張來看，在室外光線充足的情況下，小米4S對于景物色彩的處理依然趨于真實，與肉眼看到的相似，如圖所示。偶爾，樣張的色彩表現會過于濃烈，尤其是藍天的處理，如下圖所示，還存在優化空間。
