La fotocamera è dotata di un sensore CMOS da 30,4 megapixel, che cattura immagini dettagliate con livelli ridotti di rumore, anche in condizioni di illuminazione varia. Ogni pixel dell'EOS 5D Mark IV è costituito da due fotodiodi, permettendo la creazione di file Dual Pixel RAW, utilizzabili per migliorare la nitidezza in specifiche aree dell'immagine. Le capacità di scatto in condizioni di bassa illuminazione sono potenziate, offrendo una gamma ISO che arriva fino a 32.000. Questo consente di ottenere immagini di qualità in diverse situazioni.