由于采用了外变焦设计，为了避免变焦时镜头发生严重的重心转移，佳能的镜头设计师将大部分镜片镜组包括对焦马达、光圈、防抖机构都放置在了镜头后段，镜头前段放置了3片镜片，这样一来镜头在70mm端和200mm端，都不会让重心发生明显的偏移。
具体到13组17片镜片上，这支镜头采用了1片超级UD镜片，是镜头的第三枚镜片，3片UD镜片分别是镜头的第一、第十一、第十二枚镜片，1片UD非球面镜片是镜头的最后一枚镜片，同时最后一枚镜片还采用了SWC镀膜，在镜头的光圈后方，是一枚GMo玻璃铸模非球面镜片。
同时镜头采用了浮动镜组设计，实现了全焦段下尤其是近距离拍摄下的画质提升，通过两组NANO USM对焦马达驱动浮动镜组以及对焦镜片，完成了安静、高速的合焦动作。
特别要说的是，佳能的设计师为了实现镜头体积、重量的减轻，大幅的减少了镜片的组合，单反第三代EF70-200/2.8采用了19组23片的复杂设计，而RF 70-200mm F2.8L IS USM采用了13组17片设计，实现了体积重量的减轻，还实现了浮动对焦提升画质，以及5挡防抖效果，是极为难得的。
官方的MTF曲线图可以看出，在佳能官方测试中，无反的RF 70-200mm F2.8L IS USM的70mm端以及200mm端的中央、边缘画质和单反第三代EF 70-200mm F2.8L IS III USM相比不仅不落下风，而且分辨率和反差都更胜一筹，甚至理论上焦外虚化效果也做的很好。
