レンズには、35mm判換算で28~100mm相当の焦点距離を持つ光学3.6倍ズームを搭載する。ボディとのバランスでは、やや大きなレンズのように見えるが、1.0型(13.2×8.8mm)という撮像素子のサイズを考えれば、実は非常にコンパクトなレンズといえる。
単純に考えれば、撮像素子の大きさが従来の4倍になれば、その撮像面をカバーするレンズも従来の4倍の大きさになるはずだ。しかしDSC-RX100のレンズは、従来の4倍の大きさにはなっていない。大型センサーを搭載した他社のズームレンズ付きコンパクト機に比べても、本モデルの小ささは際立っている。
レンズの構成は、非球面レンズ4枚を含む6群7枚となる。このうちの1枚は、同社が独自に開発した「AAレンズ(Advanced Aspherical=高度非球面成型)」と呼ばれるもので、薄型の光学設計に大きく寄与している。さらに、光学手ブレ補正用のレンズを前後に分けて配置したり、フォーカス駆動のモーターなどにも新しい工夫を加えることで、大型センサーと小型レンズの両立を実現している。
開放値はワイド端F1.8、テレ端F4.9に対応。ワイド端が特に明るく、薄暗いシーンでも感度をあまり高めずに撮影できるメリットがある。最短撮影距離はワイド端が5cmで、テレ端が55cm。テレ端であまり寄れないのは残念だが、ワイド端では十分な接写が可能だ。
写りは、開放値からシャープネスが高く、歪曲などの各種収差は目立たないように低減されている。最短撮影距離付近の近接撮影では、開放値でやや滲んだような描写傾向を感じたが、絞りを絞り込むことでクッキリとした描写になる。