В новинке применена камера PureView, сочетающая 41-мегапиксельный сенсор второго поколения, оптическую стабилизацию и объектив Carl Zeiss Tessar с шестью линзами. Размер датчика — 1/1,5 дюйма, максимальное разрешение — 7 712×5 360 точек. Объектив имеет фиксированное фокусное расстояние, равное 26 мм. Светочувствительность — ISO 100–3200. Во время фотосъёмки используется ксеноновая вспышка, при видеозаписи — светодиодная.

В качестве интерфейса камеры выступает инновационное приложение Nokia Pro Camera. При помощи полукругов на сенсорном дисплее можно быстро регулировать настройки экспозиции, баланса белого, выдержки и светочувствительности. Ещё до нажатия спуска можно видеть, как влияет на снимок изменение того или иного параметра.

Опция 4-секундной экспозиции означает, что, неподвижно держа камеру или используя штатив, можно делать кадры со световыми следами от ночных огней. Ещё одна особенность смартфона — ручная фокусировка, позволяющая делать снимки с эффектом «боке».

Смартфон Lumia 1020 оборудован системой оптической стабилизации второго поколения: модуль камеры с подшипниками обеспечивает качественные фотоснимки и видео при работе в условиях недостаточной освещённости или при случайных вздрагиваниях аппарата.