D3100と上位D7000の間に置かれ、D7000と同じ有効1620万画素のDX CMOSとEXPEED 2を採用した。可動液晶を持つ入門機のボディに、上位機の撮像系を組み合わせる構成である。^{1公式 ニコンデジタル一眼レフカメラ ニコンD5100を発売3レビュー DPReviewNikon D5100 In-depth Review}

キットは18-55 VR、18-105 VR、18-55 VRと55-300 VRのダブルズームを用意した。発表時の予想実売価格は順に約9万円、12万円、12万5000円である。一方、ボディ内のAFモーターは備えず、純正レンズでAFを使えるのはAF-SとAF-Iという入門機の構成を継承した。^{2プレス デジカメWatchニコン、3型バリアングル液晶を採用したD5100}

最も目に付きやすい変更は液晶である。D5000の下ヒンジによる縦開きから、左ヒンジの横開きへ切り替え、2.7型約23万ドットから3型約92万ドットへ大型・高精細化した。本体の高さはD5000より約7mm低い97mmとなり、特にマウント下の厚みが減った。画面の回転軸の変更は、ボディの形にも関わっていた。^{2プレス デジカメWatchニコン、3型バリアングル液晶を採用したD5100}

横開きに伴って背面のボタン配置も変わった。ライブビューのレバーはモードダイヤルの脇へ、独立した動画ボタンはシャッターボタンの近くへ置かれた。常用感度はISO100～6400、増感では最大ISO25600相当へ対応する。^{2プレス デジカメWatchニコン、3型バリアングル液晶を採用したD51001公式 ニコンデジタル一眼レフカメラ ニコンD5100を発売}

動画はD5000の1280×720・24fpsから、1920×1080・30pへ更新し、一回の撮影は最長約20分となった。内蔵マイクはモノラルで、外部マイクME-1を使えばステレオ録音に対応する。不要な部分の削除と、一フレームをJPEGとして取り出す編集もカメラ内で行えた。^{1公式 ニコンデジタル一眼レフカメラ ニコンD5100を発売}

ニコン一眼レフとして初めて、七種類のスペシャルエフェクトを静止画と動画に用意した。液晶で効果を確認しながら撮影でき、たとえばセレクトカラーでは最大三色だけを残してほかを白黒にする。ミニチュア効果では方向と幅を選べるため、被写体に合わせて画面上の効果を決める使い方ができた。^{1公式 ニコンデジタル一眼レフカメラ ニコンD5100を発売}

ナイトビジョンは最大ISO102400相当まで使えるが、静止画は白黒JPEGのみで、RAW記録はできず、AFはコントラスト方式に限られる。通常のカラー撮影の最高感度と同じ条件の数値ではない。またHDRは、露出の異なる二枚を一回の操作で連写・合成し、明暗差の大きな場面を記録する機能である。^{1公式 ニコンデジタル一眼レフカメラ ニコンD5100を発売}

通常の記録は14bit圧縮RAW、JPEG、RAWとJPEGの同時記録に対応し、媒体はSD・SDHC・SDXCを使用する。本体のみ510g、電池とSDカードを含めると560gであった。撮影効果で仕上げる方法と、RAWを使って後から仕上げる方法の双方を備える。^{1公式 ニコンデジタル一眼レフカメラ ニコンD5100を発売}

横開き液晶を選んだ理由について、ニコンはさまざまなアングルからの撮影と、三脚の使用を考慮したと説明した。従来の下ヒンジは画面を光軸に近く保てる一方、雲台と干渉する場合があり、本体の高さも抑えにくいという設計条件があった。^{1公式 ニコンデジタル一眼レフカメラ ニコンD5100を発売2プレス デジカメWatchニコン、3型バリアングル液晶を採用したD5100}

D5100では、左側へ開く構造によって画面の動かし方を変え、同時に大型化と高精細化を進めた。効果を見ながら撮るスペシャルエフェクトやフルHD動画と合わせ、液晶は再生のための画面だけでなく、撮影時に構図と表現を決めるための操作の中心にもなった。^{1公式 ニコンデジタル一眼レフカメラ ニコンD5100を発売}

発売期の複数の専門媒体は、画質の良さと、可動式で高精細な液晶による静止画・動画の構図の自由度を共通して評価した。画面を横に開く構成は、機能上の変更だけでなく、実際の撮影で使える長所として受け止められた。^{3レビュー DPReviewNikon D5100 In-depth Review}

一方、ライブビューと動画の常時AFは動く被写体に対して遅いこと、ライブビュースイッチと動画ボタンの配置に使いにくさがあることも、複数媒体が共通して指摘した。液晶を見て撮る自由度が増えたことと、動体への追従や操作配置の使いやすさは別の論点だった。^{4レビュー Photography BlogNikon D5100 Review}

2026年10月1日の価格.comボディ集計は50件、満足度4.78である。携帯性と液晶はともに4.79、画質4.73、操作性4.20だった。後年を含む利用者集計でも、画面と携帯性は高く評価され、操作性は相対的に低い値となっている。^{5レビュー 価格.comD5100 ボディ レビュー評価}