三星Galaxy S20系列均采用了与Galaxy Note 10相同的Infinity-O中心挖孔屏幕，它们的外观几乎相同，不同点只在于屏幕尺寸的大小。Galaxy S20采用6.2英寸双曲面Dynamic AMOLED屏幕，屏幕分辨率为1440x3200，前置摄像头1000万像素。Galaxy S20+的屏幕规格同样如此，只是屏幕尺寸增加到了6.7英寸。三星Galaxy S20 Ultra的屏幕增加到了6.9英寸，前置摄像头升级为4000万像素。三款手机均支持了120Hz高刷新率，流畅性比以往的手机强很多，另外均提供了屏下指纹功能。
在机身背部的设计上，三星延续了Galaxy S10系列中的那种简约曲面设计，不过摄像头区域变成了矩阵式。配色上Galaxy S20提供遐想灰、浮氧蓝、柔雾粉三色；Galaxy S20+提供幻游黑、遐想灰、浮氧蓝三色；Galaxy S20 Ultra提供幻游黑和遐想灰两种配色。Galaxy S20与Galaxy S20+的重量为164克/187克，保持了一如既往的纤薄性。Galaxy S20 Ultra的重量高达222克。
配置规格方面，三星Galaxy S20系列均会根据发售地区来配备高通骁龙865移动平台或是三星Exynos 990处理器。拍照方面，三星Galaxy S20 Ultra配备了最新款的1亿像素镜头模组，其最高能支持100倍变焦，拍照能力相当顶级。Galaxy S20配备了1200万像素主摄+6400万像素长焦镜头+1200万像素超广角镜头，三星Galaxy S20+则在此基础上增加了一颗TOF摄像头。
