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 mặt kính năng TimeShift cho phép mặt kính Sony Z1 quay phim tốc độ nhanh Sony z1 120 fps ở độ phân giải 720p bên cạnh việc hỗ trợ chụp ảnh. Máy cũng có camera trước 2,2 Mpx hỗ trợ đàm thoại video và chụp ảnh. Camera sau được trang bị kèm đèn Flash giúp hỗ trợ chụp thiếu sáng tốt.
Sony áp dụng định dạng MPEG-4 AVC trên Z2 với khả năng nén cực cao và giải mã ra thiết bị với chất lượng lên đến 50 Mbps. Với 1 phút video quay được thì nó tiêu tốn dung lượng khoảng 400 MB. Sony cũng cho biết hãng đã áp dụng cơ chế chống rung 3 mặt kính chiều (lắc ngang, dọc, mô phỏng mặt kính Sony Z2 xoay cảm biến) trên chiếc Sony z2 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.Sony Xperia Z2 nổi bật trong thiết kế, mạnh mẽ với vi xử lý. Thiết kế sang trọng, cứng cáp, công nghệ chụp ảnh tuyệt đỉnh. Xperia Z2 mang ngôn ngữ thiết kế OmniBalanced tương tự Z1 nhưng được trau chuốt hơn, tất cả những điểm yếu trên Z1 đều đc khắc phục trên phiên bản Z2, thiết kế của máy sang trọng và thanh thoát hơn, viền màn hình mỏng hơn, màn hình có độ chi tiết cao. Toàn bộ vỏ máy được làm bằng nhôm nguyên khối, mặt sau còn có thêm lớp kính cường lực giúp chống trầy xước và chống bám vân
Camera cho chất lượng ảnh mặt kính chụp đẹp, chi tiết, màu sắc mặt kính Sony Z Ultra chân thực, sống động. Đặc Sony z ultra 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 video. Ngoài ra, còn có một số tính năng khác rất 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.