Chất lượng ảnh chụp của D5200 vẫn rất tuyệt vời với độ phân giải thực 24.1 MP. Máy ảnh vẫn có khả năng tùy biến ảnh JPEG rất tốt. Ảnh được định dạng RAW đem lại khả năng chỉnh sửa cao hơn. Độ nét và khả năng giảm nhiễu hình ảnh sẽ được tăng tối đa khi ISO tăng lên đến 1600. Các bức ảnh trông rất nét ở những mức ISO từ 800 trở xuống, ở mức tốt cho đến ISO 1600, và vẫn rõ ràng khi ISO lên tới 6400 tùy thuộc đối tượng chụp và kích thước ảnh chụp. Khi chụp phong cảnh hay những vùng đa màu sắc, Nikon D5200 sẽ ghi lại màu sắc với độ chính xác cao, thiết lập màu sắc mặc định không tạo ra quá nhiều độ tương phản và bão hòa màu. 

Hệ thống lấy nét và đo sáng trên D5200 đã được cải thiện với việc trang bị một hệ thống giống như của Nikon D600, một sản phẩm khác cùng hãng. Bên cạnh đó là một hệ ống kính được nâng cấp vượt trội. Một khuyết điểm của máy là không có động cơ lấy nét tính hợp ở bên trong. Chính vì thế, khi chụp các đối tượng đang di chuyển, thời gian trễ sẽ bị ảnh hưởng bởi động cơ ở trong ống kính.