AV出力端子には、PS/PS2に採用されてきたアナログ出力AVマルチに加え、デジタル出力HDMIを搭載（本体付属するのはコンポジット端子出力のAVマルチケーブルのみ）。音声出力として光デジタル出力端子も引き続き搭載。

AVマルチ出力においては、PS/PS2用既存ケーブルの流用も可能で、PS/PS2と同様、コンポーネント映像端子・D端子・SCART端子（欧州向け）・S端子・RCA端子（コンポジット映像）・RF端子・VGA端子での出力が可能である。AVマルチ出力でもD1 (480i)からD5 (1080p) までの解像度をサポートしている。ただし、DVDビデオ、BDビデオはRGBでの出力ができず、強制的にY/Cb/Cr信号に変更されるほか、発売当初はD端子出力と同様に市販DVDのアップコンバート出力はできなかったが、システムソフトウェア バージョン1.80以降で対応された。

AVマルチ入力端子を持つソニー製テレビとの接続には、AVマルチケーブル（VMC-AVM250または互換品）を用いることによってケーブル一本で映像と音声の伝送が可能。なお、一部機種ではD3/D4接続が可能であるが、設定の際は画面の指示通り「AV MULTI」を選択してはならず、「コンポーネント / D端子」を選択して設定する（一部機種のみの対応となっているためか、公式仕様とはなっていない）

システムソフトウェア バージョン3.30からゲーム3D映像に対応、 バージョン3.50からBlu-ray Discの3D映像に対応した。ただし、HDMI方式による3D映像となり、3D対応テレビ、3D映像用の眼鏡などが別途必要となる。セキュリティ上の都合からUltra HD Blu-ray、BD-RE Ver1.0には対応していない。(PS4も同様。）

サウンド処理は主にSPEが担当し、全てソフトウェアで行う。Xbox 360作品と同様、ゲームプレイ時にはほぼ全部のタイトルでDolby Digital 5.1chのリアルタイムエンコードに対応する。一部ではより高音質のDTS Digital Surround 5.1chや、無圧縮変調方式であるLinear PCM 7.1ch/5.1chなどにも対応しており、中でも多くのSCE製タイトルはLPCM 7.1chまで対応している。

Blu-ray Discに採用されたロスレスオーディオコーデックでは、Dolby TrueHDとDTS-HD Master AudioをLinear PCMに変換して出力するが、初期モデルではこれらのビットストリーム出力がサポートされておらず、ビットストリーム出力を選択してHDMIで接続していても、旧来のDolby DigitalおよびDTS Digital Surround（DTS-HD Master Audioのコア部）で出力される[38][39]。のちにビットストリーム出力は全モデルで可能となったが[40]（システムソフトウェア バージョン3.00以降[33]）、CECH-2000より前のモデルでのビットストリーム出力を経由しないDTS-HD、ドルビーTrueHDの通常再生はLPCM変換を経由する。