Về tổng thể, Xperia Z4 trông vẫn giống với Xperia Z3 với khung kim loại nguyên khối, thiết kế theo phong cách OmniBalance. Máy vẫn sở hữu camera 20,7 MP, các thông số camera tương tự như Z3, nhưng phần mềm chụp ảnh được bổ sung thêm tính năng chụp đồ ăn, giúp các món ăn trông hấp dẫn hơn qua ảnh.
Trên Xperia Z4, Sony đã làm cho model này trở nên mỏng nhẹ hơn với độ dày chỉ 6,9 mm, nặng 144 gam. Cổng sạc đã được dời từ cạnh bên xuống cạnh dưới.
Cạnh còn lại chứa nút nguồn, nút âm lượng và khe SIM.
Xperia Z4 được trang bị chip Snapdragon 810 64 bit mới nhất của Qualcomm, RAM 3 GB, bộ nhớ trong 32 GB, pin 2.930 mAh và chạy trên hệ điều hành Android 5.0. Về kết nối, Xperia Z4 được bổ sung công nghệ LDAC cho phép truyền dẫn âm thanh chất lượng cao (Hi-Res) không dây.
Camera trước đã được nâng lên 5.1 MP và góc rộng 25mm giúp chụp selfie chân dung tốt hơn
Máy được bán ra tại Nhật Bản với 4 màu trắng, xám, đồng và đen
Xperia Z4 cũng đi kèm một bao da có live view hiển thị giờ và các thông báo hệ thống.