5月12日現地時間午後3時、スペインGP予選が行なわれた。午前中よりもさらに雲が増え、気温は18度、路面温度は27度。夜には雨の予報があり、降水確率は40％まで上昇してきている。

　フリー走行3回目でクラッシュしたブレンドン・ハートレーはギヤボックスが壊れ5グリッド降格が決まっているため、予選不出走を決めた。

　Q1では各車がスーパーソフトを履いてアタックするが、マクラーレン勢はミディアム、フォース・インディア勢はソフトでアタック。この段階でトップに立ったのはセバスチャン・べッテルで1分17秒031。キミ・ライコネンも0.452秒差の2番手に続き、3番手にはダニエル・リカルド、メルセデスAMG勢は4番手・5番手となり7番手にはミディアムタイヤのフェルナンド・アロンソがつけてハース勢を上回ってきた。

　3強チーム以外はスーパーソフトを履いて2回目のアタックに出る。アロンソはQ1突破が確実となりタイム更新はせず8番手で通過。7番手にはケビン・マグヌッセンが飛び込んで9番手にもハースのロマン・グロージャンがつけた。

　ピエール・ガスリーはターン2で前走車と交錯する場面もありタイム更新ができなかったが、11番手でQ1を通過した。終了直前にランス・ストロールがターン13でワイドになり、カウンターを当てたがマシンが逆を向いてしまいアウト側のウォールにクラッシュ。

　この影響で他車よりも遅くコースインしたルノー勢は充分なアタックができず、ニコ・ヒュルケンベルグは16番手でQ1敗退となってしまった。その他、ウイリアムズの2台とマーカス・エリクソン、不出走のハートレーがQ1で姿を消した。

　スタートタイヤを決める可能性があるQ2では、メルセデスAMGとフェラーリ、レッドブル、ハース、ストフェル・バンドーンがソフトタイヤでコースイン、ガスリーは中古のスーパーソフトタイヤで走る。

　ここでもベッテルが最速出1分16秒892、これにライコネンが0.269秒差で続きメルセデスAMG勢が3番手・4番手、レッドブル勢が5番手・6番手。7番手・8番手にはハース勢が続き、スーパーソフトでアタックしたアロンソは1.298秒差の9番手。

　残り6分を切ったところでハミルトンやハース勢が先行して2回目のアタックへ向かうが、ハミルトンは中古のスーパーソフトでQ3に向けた確認走行だ。上位3人以外が2回目のアタックに向かい、ハース勢とマクラーレン勢、サインツはソフト、それ以外は新品のスーパーソフトでQ3進出を狙う。

　最後のアタックでサインツが9番手に飛び込み、アロンソはターン7で飛び出したグロージャンの黄旗の影響を受けながらも10番手で、スペイン人2人がQ3進出を果たし、11番手バンドーン、12番手ガスリー、13番手オコン、14番手ルクレール、15番手ペレスがQ2敗退となった。

　Q3では最初から各車が新品のスーパーソフトでアタックを開始し、ボッタスだけがソフトタイヤを履く。ハミルトンが1分16秒491を記録し、この予選で初めてハミルトンがトップに立つ。

　しかし2番手には0.325秒差でフェルスタッペンが続き、リカルドも0.367秒差の3番手。フェラーリ勢はベッテルが0.764秒差の5番手で、ライコネンはターン7でオーバーステアが出て7番手。6番手には1.512秒差ながらアロンソが入ってきた。

　メルセデスAMG勢は再び新品のスーパーソフトで最後のアタックに臨むが、フェラーリ勢とリカルド、アロンソはセクター3でのデグラデーションを嫌ってソフトタイヤでアタック。リカルドはアタック1周目のセクター3で全体のベストを記録し自己ベストを更新するがフェルスタッペンは上回ることができず、さらにもう1周アタックへ。

　メルセデスAMG勢は自己ベストを更新してハミルトンが1分16秒173でポールポジションを獲得し、ボッタスは0.040秒差で2番手。ベッテルは0.132秒届かず3番手、ライコネンは0.439秒差の4番手、レッドブル勢は5番手・6番手に終わった。

　3強チームに次ぐ7番手にはマグヌッセンが1.503秒差でつけ、アロンソは0.045秒及ばず8番手。サインツが1.617秒差の9番手でグロージャンは0.045秒差の僅差で10番手に終わった。