外形方面，小米5X采用了家族化的外形设计，不同的是，光线距离传感器不再呈对称排列，而是布局在听筒左侧，指纹采用了后置设计，配色方面有粉色、金色和黑色三款可选。
配置方面，其采用5.5英寸1080p显示屏，搭载骁龙625处理器，内置4GB内存和64GB机身存储空间，提供前置500万像素摄像头和后置双1200万像素摄像头，电池容量3080mAh，支持双卡双待全网通。
该机的双摄方案和小米6类似，采用了广角+长焦设计，但广角和长焦摄像头均来自OV（小米6是索尼+三星方案），能够营造出十分接近小米6的双摄虚化效果。
从硬件上来看，定位旗舰的小米6配置明显比小米5X高，表现在处理器、内存、存储、电池等多个方面，小米5X差不多可以看作是小米6青春版，或者说是大屏低配版。
