小米9的尺寸為6.39英寸，長度為157.5mm，寬度為74.67mm。該手機是小米公司在2019年2月20日14點在北京工業大學體育館發布的，內部代號被稱為戰斗天使。小米9的外觀設計圓潤而曲線優美，整個機身與手掌貼合得非常舒適。可供選擇的顏色包括深空灰、全息幻彩紫和全息幻彩藍。

在DxOMark Mobile評測中，小米9獲得了107分的高分，在照片類別中更是得到了112分的優異成績。小米9還配備了超大的屏幕指紋，解鎖面積為25毫米×50.2毫米。此外，小米9采用了高通驍龍855移動處理平臺，其安兔兔跑分超過了36萬。手機的邊框厚度為3.5毫米，最厚處為7.61毫米，整機重量為173克。