小米 15S Pro 最大亮點莫過於搭載了小米自研玄戒 O1/Xring O1 處理器，採用台積電 3nm 製程，內建十核心 CPU 與十六核心 GPU，安兔兔跑分突破 300 萬，效能直逼高通 Snapdragon 8 Elite，搭配最高 16GB RAM 與 1TB 儲存空間，同時支援 IP68 防水防塵。
螢幕部分，小米 15S Pro 採用由華星光電提供的 6.73 吋 2K LTPO OLED 四微曲面顯螢幕，具備 1~120Hz 動態更新率與 3,200nits 峰值亮度，支援 DC+ 1,920Hz PWM 雙調光設計，覆蓋第二代龍晶玻璃，並採用降低 72.5% 反光的 AR 鍍膜，支援超音波屏下指紋辨識。
電池部分，小米 15S Pro 與原版相同，搭載採用了矽碳負極「金沙江」高密度電池，容量高達 6,100mAh，支援 90W 有線快充、50W 無線充電與 10W 反向充電，並且在 1,600 次完整充放後仍保持 80% 健康度。
相機規格則也一樣沒變，小米 15S Pro 主相機沿用了前代光影獵人 900 感光元件，擁有 5,000 萬像素以及 1/1.31" 的尺寸，搭配 F/1.44 大光圈，5,000 萬像素長焦相機採 120mm 五倍焦段，支援 30 公分長焦微距，及含錄影都可以用的 10 倍無損變焦，以及 5,000 萬像素 14mm 的超廣角相機。
小米 15S Pro 相機系統同樣與 Leica 合作，鏡頭組了採用 Leica Summicron 鏡頭系統，七片非球面鏡片設計，並使用了 ALD 低反射鍍膜，並將鏡片邊緣塗黑減少雜光，降低鬼影形成，感光元件前再採用紅外線濾鏡。小米 15S Pro 也內建了 4 個收音咪，提供高清晰收音，並支援與對焦連動的指向收音。
而得益於玄戒 O1 的 ISP 影像處理器升級，並結合 AI 技術，小米 15S Pro 不僅三組相機都支援 4K/60fps DolbyVision HDR 錄影，更升級了 4K 夜景錄影，以 AI 逐幀進行降噪，讓夜間錄影更加明亮清晰，而且還支援第三方軟件錄影、甚至直播與視訊通話都能使用。
小米 15S Pro 一樣延續搭載澎湃 T1S 訊號增強晶片，搭配小米星辰通訊技術推出小米星辰無網通，可在空曠無遮蔽的環境下，達到方圓 3.5 公里無訊號狀態下進行雙向通話，並結合 UWB ，能在內地特定交通系統自動進行支付，也能替電動車小米 YU7 自動解鎖、上鎖以及開關後車廂。
小米 15S Pro 預載小米 HyperOS 2，號稱整合使用者、智慧家庭以及旗下電動車，透過 AI 技術實現寫作輔助功能，可以透過自然文字語言搜尋相簿、檔案、筆記與簡訊等內容，並且可以利用 AI 進行摘要、糾錯、潤色校稿等寫作輔助。
小米 15S Pro 在發表時即刻同步於中國開賣，推出 16GB+512GB 以及 16GB+1TB 兩種容量，售價分別為 5,499 及 5,999 人民幣，與目前小米 15 Pro 的售價相同，約港幣 $5,980 與 $6,525 元。