Sony Xperia XZ Premium pracuje w systemie operacyjnym Android 8.0 Oreo. W środku znajduje się ośmiordzeniowy procesor Qualcomm Snapdragon 835 z układem graficznym Adreno 540. Model ma 4 GB RAM-u i 64 GB pamięci wbudowanej, którą można rozszerzyć dzięki karcie microSD o 256 GB.