Về thiết kế, Xiaomi Mi5 được trang bị khung nhôm kim loại cùng mặt lưng kính. Các đường cong, vát được tối ưu để cầm và sử dụng thoải mái hơn. Đặc biệt mặt trước của máy có viền khá mảnh, làm màn hình trở nên nổi bật và đẹp mắt. Hiện sản phẩm có hai màu trắng và vàng gold cho người dùng lựa chọn.

Xiaomi Mi5 là thiết bị đầu tiên của Xiaomi có cảm biến vân tay ở mặt trước tích hợp thẳng vào nút home

Khe cắm 2 sim được bố trí ở phía trên góc trái của máy. Giắc cắm 3.5mm ở viền trên đỉnh máy là sự sắp xếp tinh tế dành cho những người thường xuyên dùng tai nghe.

Xiaomi Mi5 là thiết bị đầu tiên của Xiaomi chạy hệ điều hành Android 6.0 . Sản phẩm được trang bị màn hình 5,15 inch Full HD, pin dung lượng 3000mAh, bộ vi xử lý Qualcomm Snapdragon 820 bốn nhân cao cấp, xung nhịp 1.8 GHz, RAM 3GB, ROM 32GB. Nhờ vậy, Xiaomi Mi5 chạy khá mượt mà dù tải cùng lúc nhiều ứng dụng, chơi game nặng không hề giật lag. Camera sau của Xiaomi Mi5 có độ phân giải 16MP, camera trước 4MP, khẩu mở f/2.0, tính năng tự động lấy nét theo pha, có công nghệ ổn định hình ảnh (OIS), chống rung 4 trục