Das Äußere hat sich im Vergleich zum Vorgängermodell 645D nur minimal verändert. Das Aluminium-Druckgussgehäuse schützt die wertvolle Technik mit 76 Dichtungen gegen Staub und und Regen. Sollte beim Objektivwechsel doch einmal Staub eindringen, warnt ein Alarmsystem den Fotografen und zeigt die Position des Partikels auf dem Sensor an, der daraufhin mit Ultraschallschwingungen gereinigt werden kann.
Im Inneren wartet die 645Z mit interessanten Neuerungen auf. Ein Prime III-Bildprozessor sorgt für zügiges Arbeiten. So sind bis zu drei Bilder pro Sekunde und 30 Bilder in Serie möglich. Neben Fotos lassen sich auch Videos mit Full-HD-Auflösung mit 60 Halbbildern pro Sekunde im H.264-Format machen. Es sind auch kurze Aufnahmen in 4K-Auflösung, also 3.840 mal 2.160 Pixel möglich, dies aber nur über eine Dauer von etwa zwei Sekunden. SD-Karten werden nach dem UHS-1 Standard beschrieben. Sie werden in einem von zwei Kartenfächern untergebracht. Ist in dem anderen eine optional erhältliche Pentax-FluCard untergebracht, kann die Kamera auch aus der Ferne per Tethering oder über einen Internetbrowser via PC oder mobilem Endgerät wie Smartphone oder Tablet-PC gesteuert werden.
Auf dem 3,2 Zoll großen LC-Monitor wird eine Live-View-Ansicht gezeigt. Sie kann zur Ermittlung der optimalen Schärfe bis zu 16-fach vergrößert werden. Auch Fokus-Peaking kann auf Wunsch zugeschaltet werden. Der Monitor löst mit rund einer Million RGB-Bildpunkten auf und ist klappbar. Ebenfalls zur Bildkontrolle dient der optische Sucher, der ein Bildfeld von 98 Prozent abdeckt und das Motiv 0,85-fach vergrößert.
Die Pentax 645Z wird ab Juli 2014 für rund 8.000 Euro erhältlich sein. Gemeinsam mit dem 55-Millimeter-Standardobjektiv wird sie rund 9.000 Euro kosten.