Về thiết kế, Galaxy S21 Ultra có mặt lưng được hoàn thiện bằng kính, khung viền kim loại, màn hình cong nhẹ và có trọng lượng 228 gram.

Mặt trước, Galaxy S21 Ultra sở hữu màn hình Dynamic AMOLED 2X kích thước 6.8 inch độ phân giải WQHD+ (1.440 x 3.200 px), tần số quét 120 Hz, hiển thị HDR10+, độ sáng tối đa 1.500 nits, hỗ trợ Always On Display, cảm biến cân tay Ultrasonic dưới màn hình và được bảo vệ bởi kính Gorilla Glass Victus.

Samsung đã tích hợp cho dòng Galaxy S21 tính năng EyeComfort Shield và AI All Blue Light để bảo vệ mắt người dùng, cũng như giờ đây người dùng đã có thể sử dụng màn hình tần số 120 Hz ở độ phân giải 2K.

Quay về phía mặt lưng, Galaxy S21 Ultra nổi bật với cụm camera được thiết kế mới siêu to, nằm liền lạc với cạnh viền, bao gồm: Cảm biến chính 108 MP thế hệ thứ 2, khẩu độ F/1.8, kích thước 1/1.33 inch, hỗ trợ PDAF (lấy nét theo pha), Laser AF và OIS.

Cảm biến tele 10 MP khẩu độ F/4.9, kích thước 1/3.24 inch, hỗ trợ Dual Pixel PDAF, OIS và zoom quang 10x.Cảm biến tele 10 MP thứ hai, khẩu độ F/2.4, kích thước 1/3.24 inch, hỗ trợ Dual Pixel PDAF, OIS, zoom quang 3x. Cảm biến góc siêu rộng 12 MP khẩu độ F/2.2, kích thước 1/2.55 inch, hỗ trợ Dual Pixel PDAF, Super Steady Video.

Camera của Galaxy S21 Ultra hỗ trợ khả năng quay video 8K tốc độ 24 FPS và 30 FPS, 4K tốc độ 30 FPS và 60 FPS,.. Space Zoom 100x, tính năng Single Take cũng được cải thiện về mặt AI để mang đến khả năng xử lý tốt hơn.

Camera selfie của thiết bị có độ phân giải 40 MP khẩu độ F/2.2, hỗ trợ PDAF, được đặt trong một nốt ruồi nhỏ trên màn hình, được tích hợp nhiều tính năng như quay video 4K tốc độ 30 FPS và 60 FPS, 1.080p tốc độ 30 FPS. Đặc biệt máy còn có chế độ Vlogger View ghi hình đồng thời cả camera trước và sau.

Về sức mạnh, Galaxy S21 Ultra dùng chip xử lý Exynos 2100 tiến trình EUV 5 nm hiện đại, hiệu năng CPU tăng 20%, GPU tăng 35% và NPU có khả năng tính toán 26 tera mỗi giây (TOPS). Máy có bộ nhớ RAM tối đa 16 GB, bộ nhớ trong 128 GB, 256 GB và 512 GB chuẩn UFS 3.1.

Galaxy S21 Ultra  được tích hợp viên pin dung lượng khủng 5.000 mAh như người tiền nhiệm, đi kèm sạc nhanh 25 W, sạc không dây 15 W và sạc ngược không dây 4.5 W, tương thích Power Delivery 3.0.

Điểm đặc biết nhất trên Galaxy S21 Ultra là việc hỗ trợ bút S Pen tương tự như dòng Galaxy Note. Tuy nhiên, khách hàng sẽ phải mua riêng và bút không thể gắn trực tiếp vào máy mà phải thông qua ốp lưng bảo vệ.

Ngoài ra, một số tính năng và công nghệ khác trên Galaxy S21 Ultra có thể kể đến bao gồm: Bluetooth 5.0, chuẩn Wi-Fi 6E, công nghệ UWB, USB-C 3.2, loa stereo tinh chỉnh bởi AKG, Dolby Atmos, đạt chuẩn chống bụi và nước IP68, và chạy One UI 3.1 dựa trên Android 11.

Galaxy S21 Ultra sẽ chính thức bán ra với hai tùy chọn màu sắc là Plantom Black và Phantom Silver, cũng như hộp bán lẻ đi kèm của máy chỉ có cáp USB-C, que SIM và sách hướng dẫn sử dụng. Galaxy S21 Ultra có giá khởi điểm tại Mỹ 1.199 USD.