Xperia 1 IVに搭載する望遠光学ズームレンズ(イメージ)リアカメラには、焦点距離516mm(F2.2)の超広角レンズ、24mm(F1.7)の広角レンズに加え、スマートフォンにおいて世界初だという85mm(F2.3)~125mm(F2.8)の望遠光学ズームレンズを搭載。85mm~125mmの焦点距離間での光学ズームに対応することで、解像度やAF性能の劣化なく動画や静止画の撮影が可能になる。さらに全てのレンズに120fpsの高速読み出しに対応した有効画素数1220万画素のイメージセンサー「Exmor RS for mobile」を搭載する。
これにより、動画・静止画撮影時の高速・高精度なAFや被写体のトラッキング、4K120fpsの動画撮影を可能にする。また暗所においても正確に被写体までの距離を瞬時に計測しAFやトラッキング性能をさらに高める3D iToFセンサーも搭載。リアカメラ全てにZEISSレンズを採用し、階調、色再現、透明感、立体感、ぼけ味など、被写体の微細な質感までを忠実に再現、さらにT*コーティングにより、画質低下の原因ともなるフレアやゴーストを最小限に抑え、クリアな描写を実現するという。