В смартфоне используется модуль камеры OmniVision OV10820 с 10,5MP сенсором, новым RGBC-фильтром и чипом OV660 для обработки изображений.
Сенсор имеет размеры 1/2.6-дюйма и BSI-пиксели размером 1,4-микрона. Все это обеспечивает отличную работу камеры в условиях слабой освещенности. OmniVision OV10820 технически способен записывать 4K2K видео (3840 х 2160 точек) со скоростью 30 кадров в секунду. Хотя последнее вовсе не означает, что в Motorola Moto X предусмотрена такая возможность.