Флагманският смартфон има съвсем нов дизайн, като корпусът на устройството е направен от метал и стъкло. Този тип конструкция получи името Liquid Surface. Повърхността на корпуса е толкова гладка, че може да се използва и като огледало.
HTC U Ultra е оборудван с 5,7-инчов Super LCD дисплей с резолюция 2560х1440 пиксела (Quad HD). Над основния дисплей е поставен втори, 2-инчов дисплей с разделителна способност 1040х160 точки. Ширината на допълнителния дисплей е малко по-малка от основния и е подравнен отдясно. В лявата страна е разположена предната камера. На допълнителния дисплей се показват времето и датата, иконките за стартиране на различните приложения, най-често използваните контакти и други.
Използван е процесорът Snapdragon 821, а смартфонът разполага с 4 GB оперативна памет, 64 или 128 GB флаш-диск и слот за външни карти памет с максимален обем до 2 TB.
Основната камера е с резолюция 12 MP тип UltraPixel. Тя е допълнена с лазерна фазова система за автоматично фокусиране, двойна светодиодна фотосветкавица, оптична стабилизация на изображението и обектив с светлосила F/1,8. Предната камера е с резолюция 16 MP, също UltraPixel.
Новият смартфон няма 3,5 мм аудио жак, а слушалките се включват към USB-C порта или се използва безжична връзка. В комплекта са включени слушалките USonic с този интерфейс. Захранването се осъществява от акумулаторна батерия с капацитет 3000 mAh.
Устройството работи под управлението на операционната система Android 7. Характерна особеност на HTC U Ultra е ИИ Sense Companion, който изпълнява ролата на ежедневен помощник.