Xiaomi Mi4 được cài đặt sẵn bản ROM MIUI được tùy biến trên nền HĐH Android, giao diện MIUI có nhiều nét giống với giao diện trên những chiếc iPhone 6 Lock. MIUI từ lâu đã nổi lên như một HĐH có khả năng tùy biến giao diện tối đa. Bạn có thể thay đổi từ Hình nền, Font chữ, Icon thậm chí là toàn bộ giao diện máy rất nhanh chỉ bằng vài bước download trên chợ ứng dụng của MIUI.
HĐH trên Xiaomi Mi4 khá màu mè, tươi trẻ, và mang thiết kế phẳng, giống trên iOs 7, có vẻ như Xiaomi không chỉ nhái kiểu dáng bao bì, mà còn nhái cả phần mềm.
Xiaomi Mi4 sử dụng một hệ thống bảo mật riêng, được tích hợp tương thích tuyệt đối với HĐH MIUI, đi kèm những công cụ hỗ trợ như dọn dẹp rác thiết bị, giải phóng RAM, quét virus,...
ROM MIUI mặc định chưa hỗ trợ tiếng Việt nhưng đã được các kỹ sư phần mềm Việt Nam thêm bộ giao diện tiếng Việt vào. Xiaomi MIUI update mỗi tuần một lần, bạn có tể vào trang chủ để download. Bạn cũng có thể sử dụng những bản ROM MIUI được mod trên diễn đàn cong nghệ MIUI. Trong trường hợp không thích sử dụng ROM miui nữa, bạn đã đc cài sẵn root recovery để update các custom ROM khác.