Pixel 6 Pro 的相机由 3 颗摄像头组成，分别为一颗 5000 万像素的主摄像头，1/1.31 英寸传感器、1.2µm 像素、24 毫米等效 f/1.85 光圈镜头、支持光学防抖以及双 PDAF。一颗 1250 万像素的超广角镜头，1/2.86 英寸传感器、1.25μm 像素、16mm 等效 f/2.2 光圈镜头。一颗 4800 万像素的长焦镜头，1/2.0 英寸传感器、0.80μm 像素、102.6mm 等效（4 倍变焦）f/3.5 光圈镜头、支持光学变焦以及 PDAF。
DXOMARK 表示作为第一款采用三摄像头的 Pixel 手机，这次全新的设计让重新让 Pixel 系列有了可以冲击最佳拍照手机的水平，至少从成像角度来看，Pixel 6 Pro 已经超过了三星 Galaxy S21 Ultra 等机型。Pixel 6 Pro 此次影像系统中新加入的 4 倍长焦镜头，其变焦表现非常出色，最终成像效果甚至和 iPhone 13 Pro Max 不相上下，并且 Pixel 6 Pro 在曝光和成像质感上也比 iPhone 13 Pro Max 更出色一些（虽然在其他测试项目中 iPhone 13 Pro Max 的表现会更好一些，例如成像预览和自动对焦）。谷歌这次在相机调教上着重优化了对比度的表现以及人像拍摄，总体来说，相机素质十分可靠。
缺点方面，DXOMARK 表示虽然 Pixel 6 Pro 在室外和室内阳光充足的条件下可以提供非常优秀的细节表现，但在室内灯光下或在弱光下拍摄时，拍摄的照片还是经常可以看到噪点。在视频拍摄方面 Pixel 6 Pro 的表现明显弱于 iPhone 13 Pro Max，尤其是在需要高对比度的拍摄场景，当然这些都是 iPhone 的传统优势项目，并且在录制视频时，画面的曝光和白平衡会很不稳定。
IT之家了解到，目前 DXOMARK 相机排名中前三名分别为华为 P50 Pro（144 分）、小米 11 Ultra（143 分) 和华为 Mate 40 Pro+（139 分)，且这次还公布了 Pixel 6 Pro 的前置摄像头测试分数为 102 分，目前排名第 4。
