在硬件方面，S20Ultra配备了高通骁龙865八核处理器，搭配12GB或16GB的LPDDR5运行内存和256GB或512GB的UFS 3.0机身存储，支持MicroSD卡扩展。其电池容量为5000mAh，支持45W有线快充、15W无线快充以及无线反向充电。此外，S20Ultra在拍照方面表现出色，后置四摄包括1.08亿像素广角镜头、4800万像素长焦镜头、1200万像素超广角镜头以及ToF镜头，支持10倍光学变焦和100倍数码变焦，前置摄像头为4000万像素。S20Ultra还支持屏下指纹识别、NFC、蓝牙5.0以及多种导航系统等，功能丰富。其外观设计简约大气，有幻游黑、遐想灰、意象白三款配色可选。