Xperia Z2 được trang bị khả năng chụp hình mạnh mẽ với camera sau 20,7 Mpx cảm biến Exmor RS, ống kính G Lens khẩu độ f/2.0, chiều dài tiêu cự 27mm, cho phép chụp ảnh yếu sáng tốt. Khả năng mạnh mẽ của chiếc camera này là quay phim 4K, tính năng TimeShift cho phép quay phim tốc độ nhanh 120 fps ở độ phân giải 720p bên cạnh việc hỗ trợ chụp ảnh. Máy cũng có camvới chất lượng lên đến 50 Mbps. Với 1 phút video quay được thì nó tiêu tốn dung lượng khoảng 400 MB. Sony cũng thay mặt kính cho biết hãng đã áp dụng cơ Thay mặt kính Sony Z1 chế chống rung 3 chiều sony z1 (lắc ngang, dọc, mô phỏng xoay cảm biến) trên chiếc Z2 để giả lập nó như hệ thống cơ học. Xperia Z2 có thể kéo ISO lên đến 6.400 và cân chỉnh phơi sáng thông minh hơn.
Camera cho chất lượng ảnh chụp đẹp, chi tiết, màu sắc chân thực, sống động. Đặc biệt, Z2 cũng được trang bị các tính năng chụp ảnh độc đáo như Sweep Panorama (ảnh toàn cảnh), Timeshift Brust (chụp liên tục trong 2 giây), ghép hiệu ứng thực tế ảo AR vào ảnh hay Thay mặt kính video. Ngoài ra, còn có một Thay mặt kính Sony Z2 số tính năng khác rất sony z2 thú vị và khá hữu dụng như Live Social đề truyền video trực tiếp lên mạng xã hội, Info Eyes để tìm kiếm trông tin qua camera và Background Defocus đem đến hiệu ứng xóa phông như DSLR cho ảnh sau khi chụp.
Camera cho tốc độ chụp lấy nét nhanh, hỗ trợ hàng loạt tính năng chỉnh sửa ảnh hấp dẫn. Màn hình sống động, chip xử lý mạnh mẽ cùng tính năng đa dạng. Xperia Z2 được trang bị màn hình hiển thị 5,2 inch theo công nghệ Triluminos IPS. Màn hình máy cho độ phân giải 1080 x 1920 pixel và mật độ điểm ảnh lên tới 424ppi có khả năng tái hiện màu sắc sống động hơn hẳn so với Z1. Góc xem cũng được cải thiện đáng kể. Tông màu rất hoàn hảo, ấm áp và rực rỡ, không bị ngả xanh thay màn hình hay ngả ghi như nhiều thay màn hình sony z2 smartphone khác trên thị trường. sony z2
Màn hình máy cho chất lượng hiển thị sắc nét, góc nhìn rộng. Sony trang bị cho chiếc điện thoại Xperia Z2 tấm nền IPS, đi kèm với hai công nghệ xử lý hình ảnh và màu sắc kế thừa từ các dòng TV Bravia là Triluminous, X-Reality Mobile và Mobile Bravia Engine mới .
Màn hình máy được phủ kỉnh cường lực giúp chống va đạp, chống trầy xước và chống thấm nước. Tuy nhiên, bổ sung ấn tượng chính là công nghệ về điểm ảnh Live Color LED.