Lewis Hamilton établit la première pole de la saison, la cinquantième de sa carrière devant Nico Rosberg et Sebastian Vettel avec un système de qualification qui laisse perplexes équipes, pilotes et spectateurs.
Après de nombreux débats, le nouveau système de qualifications à mort subite est mis en place. Pour plus d’informations concernant le système des qualifications, reportez-vous à l’article explicatif. Avant la qualification, des pénalités sont déjà à noter pour Rio Haryanto qui aura trois places de pénalité sur la grille après un accrochage dans les stands en essais libres 3 avec Romain Grosjean.
Q1 : Les pilotes sont tous dans leurs voitures avant le début du chronomètre, fini les pilotes qui ne rentrait dans leur voiture cinq minutes après le début de Q1. Tous les pilotes patientent attendent à la sortie de la voie des stands, les Mercedes ouvrant la marche devant les deux Haas et tous avec des pneus super-tendres. Rosberg est le premier à sortir mais rate son premier virage alors que Grosjean et Hamilton s’entre gênent, montrant dès le premier tour les problèmes de trafic que ce nouveau format de qualification entraine.
Hamilton est le plus rapide lors de sa première tentative devant Raikkonen et Verstappen. Vettel et Rosberg, qui ont connu des problèmes lors du premier tour n’arrivent pas à améliorer au niveau de leurs coéquipiers à cause de la dégradation des pneus. Les Manor sont les premières à s’arrêter et c’est Pascal Wehrlein le premier éliminé de la qualification devant son coéquipier Rio Haryanto.
Tandis que les McLaren se placent en haut du tableau, Esteban Gutierrez est éliminé vingt secondes après la fin de son tour rapide. Romain Grosjean est le quatrième éliminé alors qu’il est pris au piège. Dix-huitième au classement, Daniil Kvyat est également pris au piège par le timing et sort de sa voiture. Felipe Nasr fait aussi les frais de ce nouveau système. Joylon Palmer, sixième temps et hypothétique dernier éliminé, bénéficie lui de l’avantage du drapeau à damier et peut commencer son tour pendant les quatre-vingt-dix secondes restantes du chronomètre. Il profite de ce point de règlement pour améliorer et ainsi sortir Marcus Ericsson.
Les éliminés en Q1 sont :
ERI 1:27.435 | NAS 1:27.958 | KVY 1:28.006 | GRO 1:28.322 | GUT 1:29.606 | HAR 1:29.627 | WEH 1:29.642
Q2: Tous les pilotes sortent dès le début du chronomètre sauf les Renault qui sortent deux minutes plus tard. Rosberg est le premier à faire un temps rapide mais est battu par Hamilton. Les Mercedes qui mettent la pression sur les Ferrari, une seconde plus rapides que les monoplaces italiennes. Magnussen est le premier éliminé devant son coéquipier Palmer qui sortaient en gommes usées. Button n’aura pas le temps de ressortir après son premier essai et se place treizième, ce qu’il n’est pas si mal pour une McLaren.
A peine Palmer éliminé, c’est Carlos Sainz, 12e, qui a la pression sur son tour de sortie pour avoir le temps d’effectuer un deuxième tour rapide et améliore avec un quatrième temps, excluant Fernando Alonso. Valtteri Bottas effectue une petite erreur dans son tour rapide et à deux minutes de la fin, les deux pilotes Force India abandonnent et terminent leur séance de qualification de manière anticipée.
PER 1.26.607 | HUL 1.26.550 | BOT 1.27.135 | ALO 1.26.537 | BUT 1.26.740 | PAL 1.27.241 | MAG 1.27.297
Q3: Tous les huit pilotes restant sortent directement au feu, Rosberg en tête. Rosberg est à la peine avec les pneus super tendre que Mercedes n’avait pas testé à Barcelone. Hamilton se place en tête, cinq dixièmes devant Vettel, neuf dixièmes devant Raikkonen. Daniel Ricciardo est le premier pilote éliminé devant Carlos Sainz suivi par Felipe Massa aux stands à quatre-vingt-dix secondes de son élimination.
Les Mercedes ressortent à sept minutes de la fin de la séance tandis que les Ferrari ne ressortent plus pour garder un train de pneus pour la course. A quatre minutes de la fin des essais, seules les Mercedes se battent pour un tour avec Hamilton qui prend la pole, trois dixièmes devant Rosberg qui remonte à la deuxième place. Plus loin dans le classement, Verstappen est cinquième, une bonne performance pour les Toro Rosso. Raikkonen est quatrième derrière Vettel.
| Pos. | Car | Driver | Team | Laps | Lap Time |
| 1 | 44 | Lewis Hamilton | Mercedes AMG | 14 | 1:23,837 |
| 2 | 6 | Nico Rosberg | Mercedes AMG | 13 | 1:24,197 |
| 3 | 5 | Sebastian Vettel | Ferrari | 14 | 1:24,675 |
| 4 | 7 | Kimi Räikkönen | Ferrari | 13 | 1:25,033 |
| 5 | 33 | Max Verstappen | Toro Rosso | 12 | 1:25,434 |
| 6 | 19 | Felipe Massa | Williams | 12 | 1:25,458 |
| 7 | 55 | Carlos Sainz | Toro Rosso | 14 | 1:25,582 |
| 8 | 3 | Daniel Ricciardo | Red Bull Racing | 15 | 1:25,589 |
| 9 | 11 | Sergio Pérez | Force India | 12 | 1:25,753 |
| 10 | 27 | Nico Hülkenberg | Force India | 14 | 1:25,865 |
| 11 | 77 | Valtteri Bottas | Williams | 9 | 1:25,961 |
| 12 | 14 | Fernando Alonso | McLaren | 9 | 1:26,125 |
| 13 | 22 | Jenson Button | McLaren | 9 | 1:26,304 |
| 14 | 30 | Jolyon Palmer | Renault Sport F1 Team | 12 | 1:27,601 |
| 15 | 20 | Kevin Magnussen | Renault Sport F1 Team | 11 | 1:27,742 |
| 16 | 9 | Marcus Ericsson | Sauber | 9 | 1:27,435 |
| 17 | 12 | Felipe Nasr | Sauber | 6 | 1:27,958 |
| 18 | 26 | Daniil Kvyat | Red Bull Racing | 5 | 1:28,008 |
| 19 | 8 | Romain Grosjean | Haas F1 Team | 6 | 1:28,322 |
| 20 | 21 | Esteban Gutiérrez | Haas F1 Team | 6 | 1:29,606 |
| 21 | 88 | Rio Haryanto | Manor F1 Team | 3 | 1:29,627 |
| 22 | 94 | Pascal Wehrlein | Manor F1 Team | 3 | 1:29,642 |