La pièce maîtresse de l'Ultegra R8000 est le pédalier HOLLOWTECH II, qui est plus léger, sans compromettre sa rigidité. Inspirée de Dura-Ace, la manivelle à la forme séduisante embellit tout vélo. La position du pédalier par rapport à la cassette arrière a également été repensée afin de fournir davantage de dégagement entre le cadre et les dents avant, offrant ainsi un changement de vitesses plus performant sur les vélos dotés de freins à disque.
Parmi les options de pédalier figurent un rapport 53-39 dts standard, une combinaison semi-compacte 52-36 dts, une combinaison compacte 50-34 dts et une combinaison 46-36 dts dédiée au cyclo-cross.