Tuy Xiaomi Mi 5X thuộc phân khúc bình dân nhưng Mi 5X vẫn đảm bảo sự sang trọng khi được cấu trúc kim loại nguyên khối. Mi 5X được trang bị cảm biến vân tay ở mặt sau. Cách bố trí vạch ăng-ten cho đến cụm camera kép ở mặt lưng thiết bị được thiết kế tương tự như iPhone 7 Plus. Còn mặt trước Mi 5X có màn hình kích thước 5,5 inch độ phân giải Full HD 1080p; kính cong 2,5D.
Cấu hình Mi 5X được trang bị bộ nhớ trong 64GB, RAM 4GB, cài sẵn Android Nougat tuỳ biến MIUI 9, chip Qualcomm Snapdragon 625 và pin dung lượng 3080 mAh. Thiết bị trang bị camera kép 12MP tích hợp ống kính góc rộng khẩu độ f/1.8 cùng tiêu cự 27mm. Camera còn lại sở hữu ống kính tele khẩu độ f/2.6; tiêu cự 52mm; hỗ trợ zoom quang 2x và khả năng chụp ảnh xóa phông.