Xperia XZ2 Premium外观设计与XZ2如出一辙，均采用“流体 3D 表面” 设计，抛弃侧边指纹，回归后置指纹，不再锐利，更为圆润，前后双玻璃与金属中框，共有黑银两色。后背与XZ2也保持一致，只是单摄更换为双摄，指纹模块同样位于摄像头之下，该机并未主打轻薄，因此重量也达到了236g。

配置上，Xperia XZ2 Premium的屏幕采用一块5.8英寸4K HDR (2160 x 3840) LCD屏幕，依旧是当下为数不多采用4K屏幕的智能手机，不过该机并未搭载全面屏，屏幕比例也依旧延续传统的16:9。XZ2 Premium标配高通骁龙845，内存组合为6GB与64GB，标配3540mAh电池，支持无线充电与QC3.0快充。

Xperia XZ2 Premium前置摄像头为1300万像素，主摄像头采用1900万像素+1200万像素双摄像头（CMOS 的像素尺寸分别为1.22μm和1.55μm，光圈分别是F1.8与F1.6），双摄方案为彩色+黑白，并非是广角与长焦的组合，。此双摄方案，ISO最高可达到51200，视频可到12800，官方表示在暗光下可以获得更明亮、更纯净的图像。同时，双摄像头也可提供模拟景深的图片。