Sony Xperia Z3 2070 萬畫素相機跟 Xperia Z1及 Z3 Compact 一樣，最高可拍出 5248 x 3936（2070 萬畫素） 解析相片，在 Superior Auto 模式則是 3264 x 2448（800 萬畫素）。LED 閃光燈可輔助低光源環境下的拍攝，提到低光源環境，在 Xperia Z3 系列新機（包括 Z3 Compact）使用的感光元件是全新的，擁有 ISO 12800，對在昏暗環境下拍照很有幫助。
Xperia Z3 一樣有實體快門鍵，不過很多人會覺得它太 "幼秀" 而且不好按。至於可將它設定成手機快速解鎖（長按），同時啟動相機程式進行拍照或錄影的功能仍然在。另外在水中拍攝時，有實體照相按鍵還是比較方便，畢竟在水中要在觸控螢幕上操作是有點難度的。
照相介面左右各有一排面板，並與錄影功能面整合在一起 － 在大部份的情況下，拍照或錄影不需要切換模式即可進行。而且，端看你目前處在什麼模式；有時候，紅色圓形錄影按鈕可能會被「拍照 / 錄影」切換鈕取代。
右下方可選擇拍攝模式之外，還能在這裡直接下載第三方或 Sony 自製的其它模式。
▼ Superior Auto 照相介面
▼ 手動模式
手動模式可讓你調整曝光補償（使用滑桿）、白平衡（使用選單）、控制 ISO、metering 測光、對焦模式、開啟/關閉防手震。ISO 在手動模式下最高調至 800（2070 萬畫素），若是在 800 萬畫素下，ISO 可調至 3200，至於最高的 ISO 12800 只能在 Superior Auto 下才有，而且不能強制選擇。
這裡還有 Sony Xperia 系列專屬的擴增實境效果，讓你選擇喜歡的效果，套用融入照相的場景裡，甚致透過有趣的動作追蹤效果，讓你可以在擴增實境裡隨處移動。隨著功能的演進，Sony 在這方面的虛擬特效已成為 Xperia 系列手機的招牌特色之一，除了之前的恐龍、潛水、童話、時尚迪斯可、化妝舞會、慶典、蝴蝶外，還有蓋水桶或放炸彈新的效果讓我們套用在影片上。
「Social live」功能則能將錄影即時的串流到 Facebook 或 Live on YouTube 服務。
「Timeshift」則取代傳統連拍模式，切換這個模式時，手機可以在按下快門瞬間，二秒內連拍 30 張照片，這個功能是當我們還沒按下快門時，手機其實已先開始在進行拍照，進而讓我們拍出慢動效果的影片，參考以下影片：
「Multi camera 多相機」簡單說就是把位於同一個 Wi-Fi 區域網路底下，支援 NFC 連線的拍照裝置，與 Z3 配對連線後，全部交由 Z3 來做 “中控” － 各個裝置拍照或錄到的畫面，全部透過 Wi-Fi 同步傳到手機上面來（手機的畫面會有切割畫面，用來顯示不同拍照裝置傳過來的畫面），這個功能最多只能三個裝置互連。
「Sound Photo - 聲音照片」則讓我們將拍照當下的聲音一起保存下來，範例見下面這段運動足球場上的照片，它是截取 1080p 錄影第一秒的影格，配上後續的錄影形成「聲音照片」，這種照片使用的格式是不常見的 MPO；
其它的模式還包括「創意特效」模式，這裡有形形色色的效果讓你套用，套用隨套隨看得見。
過去 Sony 手機使用「Superior Auto」模式拍出的照片比手動模式的銳利度高；手動模式拍的照片邊緣四周會出現隨機的模糊點。不過這個情況在 Z3 郤看不見 － 手動模式的照片跟「Superior Auto」模式拍出來的照片細膩度差不多。
照片的動態範圍表現不錯，不過對比度較低，有些微過曝情形，演色性與過去幾款手機比起來，Z3 被 Sosy 調校的比較保守（註：演色性越高，代表照片中的色彩越自然鮮豔；演色性越低，呈現出來的顏色則會較平淡）。不過白平衡表現偏冷色頻，尤其在正常模式下拍攝。
使用「Superior Auto」拍照時，畫素是 800 萬，動態範圍表現好，但有蠻多雜訊的（尤其與手動模式相比），Superior Auto 的對比也不太佳，演色有些過於誇大。
▼ Sony Xperia Z3 Superior 自動模式 800 萬畫素照片（六張，點圖全尺寸檢視）：
手動模式的相片最高為 2070 萬畫素，保存的細節比 800 萬畫素的 Superior 自動模式細膩，但佔用的容量相對也多一倍以上。不過 Superior 自動模式拍出的照片有比較少的雜訊，而且 “銳化暈 - sharpening halos” 的現象也比較不明顯。（註：銳化暈 － 為了讓照片看起來生動，影像處理引擎會加強照片主題的銳利度，不過這個銳利過程如果用力過度，會導致人物或主體週邊範圍產生淺色或深色暈，）
▼ Xperia Z3 手動模式 2070 萬畫素的拍照（六張，點圖放大檢視）：
HDR 高動態範圍模式只能在手動模式下啟用，啟用時的畫素會限制在 800 萬畫素，與 Samsung 手機在照相視窗就可直接開啟 HDR 的便利度相較，Sony 在相片程式這樣的安排真的比較不直覺。
開啟 HDR 後，確實將原本場景的陰影區變得較亮，不過可能變得太亮，導致對比的表現反而更糟，而且原本照片的亮部區域，在打開 HDR 後雖然變得較有層次，但表現其實沒讓人印象深劇。
整體而這，手動模式下 800 萬畫素開啟 HDR 的成像細膩度，是輸 Superior 自動模式下的 800 萬畫素的。Superior Auto 模式也會依拍攝現況自動決定是否開啟 HDR，不過依經驗來看，有時會遇到你覺得應該要開啟 HDR，但 Superior Auto 模式判斷郤不需要。
▼ HDR 打開，點圖放大觀看：
▼ HDR 關閉，點圖放大觀看
▼ Sony 在全景照的處理方式其實算不OK；進行全景照拍攝時，系統對使用者移動手機的速度要求很 “挑剔”，太快或太慢都不行，而且若中途停止截錄，未截錄掃描的區域會用醜醜的灰色區塊做填補。解析度方面才 500 萬畫素，以水平方向作全景照時，垂直像素才 1080p，相片拼接處的處理也不理想，可以看到圖與圖之間的縫合線上的物體會變形。
再來是 Sony 這次宣稱能改善低光源環境下拍照實測，Superior 自動模式拍出的照片雜訊比正常模式下來得少，不過，在低光源環境下，即使是 2070 萬畫素鏡頭，照片能補捉的細節仍然不夠。另外閃光燈打的距離並不足夠，但還是有幫助到 ISO 的降低，
▼ Superior 自動模式，閃光燈關閉
▼ Superior 自動模式，閃光燈開啟
▼ 手動模式，閃光燈關閉
▼ 手動模式，閃光燈開啟
最後來看 Xperia Z3 高 ISO 12800 的表現，要使用 ISO 12800 來拍照只能在手動模式下的高感度模式（High sensitivity）才行，而且畫素只到 800 萬，底下這張照片看出畫質，嗯... 很柔和、很多雜訊，不過在這種光源條件下拍攝，其實也不能太苛求它應該有更好的表現（點圖放大檢視），事實上，我們蠻驚訝的，因效果沒有比想像中的差。（點圖放大檢視）
▼ Xperia Z3 2070 萬畫素與其它手機在 ISO 12233 圖表、灰階圖表、彩色照片的比較，可按此檢視：
▼ Xperia Z3 800 萬畫素與其它手機在 ISO 12233 圖表、灰階圖表、彩色照片的比較，可按此檢視：
〈Xperia Z3 的 4K 錄影表現〉
Sony Xperia Z3 除了能錄製 2160p30fps 影片，還有 1080p@60fps 選項，及慢動作的 720p。錄影時也有 HDR 功能，不過只有在 1080p 解析度才有。
4K（2160p）錄影的影片壓縮比（比特率）為 55Mbps，跟 Xperia Z3 Compact 一樣。每秒影格幾乎可達 30 張，不過偶而還是會看到流暢度頓挫的情形。
音訊以 156 Kbps 取樣，而且多虧雙麥克風的降噪功能，使得錄製的音質聽起來清晰立體。
4K 的影片畫質明顯銳利，但對比表現平平，而且跟上述的拍照表現一樣，顏色有些微過度修飾的情況，白平衡則偏冷色頻譜。
1080p@30fps 錄影，比特率為 17.5 Mbps，同樣的，1080p 錄影的畫質也夠銳利，但跟 2160p 錄影及照相一樣 － 有顏色稍微過度修飾及白平衡偏冷色的情形，而對比表現也平平。另外，1080p 模式的 FoV（可納入的視野）比較窄，然而相對比較不佔空間。
另外，我們還可選擇 1080p@60fps，它的比特率較高，有 30Mbps，所以畫質不會太差，而且若要記錄快速移動的場景，例如運動場上，1080p@60fps 就很適合。
Sony Xperia Z3 有提供數位圖像防手震功能（非光學防震），不過要注意的是，開啟這個功能錄影時的 Fov 會明顯的變得比較窄，這是為了達到影像穩定目的所作的犧牲。
▼ 4K 2160p 影片
▼ 1080p 影片
這裡可以下載影片原檔：
2160p@30fps (0:08s)
080p@30fps (0:08s)
1080p@60fps (0:08s
▼ Sony Xperia Z3 2160p 的單張影格畫質比較，點圖觀看它與其它手機的比較：
▼ Sony Xperia Z3 1080p 的單張影格畫質比較，點圖觀看它與其它手機的比較：
http://www.gsmarena.com/vidcmp.php3?idType=1&idCamera1=30021&idCamera2=30020&idCamera3=30014
