5月20日，小米集團合伙人、總裁，部總裁，小米品牌總經理盧偉冰發布視頻公布了小米15S Pro的外觀。

從圖片中可以看到，小米15S Pro整體延續了小米15 Pro的設計語言。后蓋方面，該機采用了與MIX Fold 3龍鱗纖維版相同的龍鱗纖維材料，由陶瓷纖維和芳綸纖維復合而成。此外，在閃光燈位置，小米15S Pro新增了XRING”英文標識。

小米15S Pro最大的亮點莫過于首發搭載了自研的玄戒O1 3nm旗艦處理器。這顆芯片采用第二代3nm工藝制程，晶體管數量高達190億個，定位高端旗艦。方面，玄戒O1采用10核設計，包括2.39GHz超大核、4x3.4GHz大核、2x1.89GHz中核和2x1.8GHz小核。GPU方面，搭載Immortalis-G925圖形處理器，支持高性能圖形運算。根據此前的認證信息，該機還支持UWB技術和90W快充，并擁有IP68級防塵防水能力。