GFX100S har en bakbelyst CMOS-sensor med måtten 43.8x32.9mm, vilket är cirka 70% större jämfört med en fullformatssensor. Bildsensorns storlek kombinerat med en upplösning på hela 102 miljoner pixlar och inbyggd bildstabilisering ger bilder med ännu högre detaljrikedom, stort tonomfång och imponerade prestanda under sämre ljusförhållanden. Dessutom med de karaktäristiska egenskaperna av mellanformat med mer tredimensionell känsla och ett mjukare skärpesläpp. Tillsammans med X-Processor 4 och kamerans 3.76 miljoner fasdetekterande pixlar går det att täcka hela sensorytan med fasdetekterande autofokus. Det ger kameran en snabb, exakt och mångsidig autofokus som kan fokusera på så lite som 0,16 sekunder även under så svåra ljusförhållande som -5,5EV. En nyutvecklad autofokusalgoritm har förbättrat kamerans förmåga att upptäcka och följa ansikten, ögon och motiv i rörelse.