Tương tự phiên bản Xperia Z5, Z5 Premium mang thiết kế OmniBalance với các cạnh vuông góc, đường nét đơn giản, giảm những chi tiết thừa nhưng vẫn chống bụi và nước tốt.

Thiết kế
Khác với Xperia Z5, Z5 Premium có bộ khung kim loại được hoàn thiện theo dạng phủ bóng, thay vì dùng bề mặt sần. Thực tế, với bề dày 7,8mm, đường viền này không gây cảm giác bám vân tay như bề mặt lưng.

Trong ba màu đen, vàng và chrome, màu đen có thiết kế mặt lưng bóng quen thuộc như các thế hệ Z3/Z3+ trước đó, trong khi màu vàng lại đậm hơn phiên bản Xperia Z5 tiêu chuẩn. Màu bạc, vỏ gương ấn tượng nhất.

Cảm giác cầm máy tương đối thoải mái nhờ trọng lượng vừa đủ, tạo tư thế vững chắc, mặc dù vẫn đem lại cảm giác hơi cấn tay. Dù vậy, Sony vẫn chưa theo xu hướng thiết kế kính cong 2,5D cuối năm 2015 mà vẫn sử dụng lớp kính phẳng. Khi vuốt tay từ lưng ra tới viền, phần khung viền nhô lên khỏi mặt kính nên cấn tay.

Với cảm biến vân tay thay thế cho phím nguồn dạng tròn, người dùng có thể mở máy nhanh bằng thao tác bấm chạm phím nguồn. Nhiều đánh giá cho rằng nó không nhạy và tiện lợi bằng các vị trí phím bấm khác nhưng bạn có thể khéo léo lấy mẫu vân tay khi thiết lập ban đầu theo thói quen cầm máy của mình. Khi sử dụng một thời gian, khả năng nhận diện vân tay của Xperia Z5 Premium cũng không thua kém các sản phẩm cùng phân khúc.

Năm nay, Sony đã đặt cổng microUSB ở cạnh dưới giúp người dùng không phải tốn thao tác mở nắp bảo vệ. Tuy nhiên, sau khi ngâm nước, bạn cần chú ý đến hiện tượng nước đọng lại trong cổng kết nối. Sony đã khuyến cáo không nên sử dụng máy khi đi biển do nước biển có thể nguy cơ ăn mòn cổng kết nối.

Tổng thể về thiết kế, Xperia Z5 Premium đem lại cảm giác cầm khá tốt, sang trọng. Tuy nhiên, nếu Sony chú trọng hơn đến phần viền cũng như mặt kính cho cảm giác vuốt về hai bên thoải mái thì sẽ tốt hơn. Khác với Xperia Z5, Xperia Z5 Premium sở hữu mặt lưng bóng nên sẽ bị hiện tượng bám vân tay.

Màn hình
Được giới thiệu là chiếc điện thoại đầu tiên có khả năng hỗ trợ hình ảnh 4K, nhưng Sony Xperia Z5 Premium chỉ kích hoạt khả năng này khi sử dụng các ứng dụng về hình ảnh và phim. Khi mở ứng dụng Album, ảnh sẽ được tái tạo thêm nhiều chi tiết giúp người dùng thấy rõ được sự khác biệt khi xem. Chẳng hạn với một bức ảnh đi biển, bạn sẽ nhìn rõ hơn chi tiết hạt cát hay gợn mây trên bầu trời. Khả năng tái tạo màu của máy cũng rực hơn nhờ chế độ hiển thị Super Vivid.

Tính năng 4K được kích hoạt khi xem bằng ứng dụng Movies. Chất lượng hình ảnh được phát từ Youtube cũng được cải thiện nhiều về chi tiết, mặc dù vậy, phải xem ở khoảng cách gần mới có thể thấy rõ sự khác biệt. Ngoài ra, Xperia Z5 Premium thể hiện khả năng trình diễn tốt thông qua TV 4K nhờ tín hiệu MHL 3.0 (HDMI) xuất được toàn bộ tín hiệu 4K, đồng thời đảm bảo nguồn điện khi sử dụng cho điện thoại. Tuy nhiên, TV cần hỗ trợ HDMI có tương thích MHL 3.0 để xuất được tín hiệu 4K từ điện thoại.

Camera
Sony đã nâng cấp cụm camera từ 20,7 megapixel lên 23 megapixel với công nghệ lấy nét lai cho tốc độ bắt nét và chụp nhanh hơn, đồng thời cũng cải tiến giao diện camera lên phiên bản 2.0.

Trên thực tế, Xperia Z5 Premium có tốc độ lấy nét khá nhanh, phần mềm camera mới trực quan và dễ sử dụng hơn trong chế độ tự động. Tuy vậy, người dùng cần mất thời gian làm quen ở phiên bản mới vì cách chuyển đổi chế độ chụp cũng như menu thiết lập được thiết kế khác. Thử nghiệm thực tế cho thấy dù việc lấy nét rất tốt nhưng lưu ảnh vẫn bị trễ nhịp khoảng 0,5-2 giây, ngoài ra, hiệu ứng chụp ảnh khi đo sáng điểm vẫn chưa thể hiện rõ. Những yếu tố này có thể khắc phục bằng những ứng dụng camera khác như Google Camera, ProCapture hay Camera FV-5.

Ảnh chụp từ Sony Xperia Z5 Premium vẫn giữ được bản sắc của Sony nhờ độ nét và chi tiết được xử lý tốt, đặc biệt là ở nơi ánh sáng lý tưởng. Khác hẳn với Xperia M5 ở phân khúc tầm trung, ảnh chụp từ Xperia Z5 Premium có độ nhạy sáng cao hơn mức ISO 3.200, hoặc lên đến 12.800 ở chế độ tự động. Tuy vậy, khi chụp trong điều kiện thiếu sáng, chi tiết ảnh bị giảm đi khá nhiều, đặc biệt là ở kích thước 23 megapixel.

Trong khi đó, chế độ quay phim của máy lại đáp ứng tốt hơn khả năng chụp. Sony trang bị hai chuẩn quay phim cao nhất hiện nay trên di động là Full HD 60 khung hình/giây và 4K 30 khung hình/giây. Khả năng ổn định hình ảnh điện tử được đánh giá cao nhờ kinh nghiệm làm máy ảnh và máy quay của hãng. Khung hình khi quay phim sẽ hẹp hơn một chút so với khi chụp ảnh, đây cũng là "chìa khoá" để máy phân tích được thuật toán chống rung, đặc biệt hữu ích khi di chuyển.

Mặc dù vậy chế độ quay phim 4K có hiện tượng cảnh báo máy bị nóng, thời gian xuất hiện tuỳ thuộc vào môi trường sử dụng. Trong thời tiết giá lạnh ở miền Bắc, máy có thể quay phim hơn 10 phút, tuy nhiên, dưới ánh nắng mặt trời, thời gian có thể chỉ khoảng 5 phút. Về lý thuyết, chế độ quay phim 4K của Sony hoạt động với thời gian quay phụ thuộc vào thẻ nhớ, không bị giới hạn 5 phút như Samsung hay LG nhờ thẻ nhớ hỗ trợ định dạng extFA.