2016年F1第5戦スペインGPは、5月13日にフリー走行2回目が行われた。気温20度、路面温度40度と、1回目のフリー走行と比べて気温は4度、路面温度は15度上昇するコンディションのなか、メルセデスのニコ・ロズベルグがトップタイムをマークした。　

　セッション開始から10分後、フリー走行2回目からの出走となったルノーのジョリオン・パーマーがストレート上で左リヤタイヤをバーストさせてストップ。約10分間にわたり赤旗中断となり、まず序盤はミディアムタイヤを履くフェラーリのセバスチャン・ベッテルとキミ・ライコネンがタイムをリードする。

　その後、徐々にソフトタイヤ勢がタイムを更新。まずはタイヤを履き替えたライコネンが1分24秒176でトップに浮上すると、母国グランプリで意気込むトロロッソのカルロス・サインツJr.が2番手タイムを記録。ウイリアムズのバルテリ・ボッタス、ハースのロマン・グロージャンらがトップ5に入ってくる。

　開始から40分が経過すると、ベッテルがソフトタイヤで1分25秒017をマーク。しかしミスが響いて、この時点でライコネンから約コンマ9秒遅れの2番手。すると5分後にソフトタイヤを履くロズベルグが1分23秒922と、1回目のベッテルを0.029秒上回るタイムでトップに立つ。ハミルトンもタイムを更新するが、ドライビングミスや他車にひっかかるなどパーフェクトなラップではなく、3番手となった。

　終盤は各車ロングランを行い、そのままセッションが終了。結局ロズベルグが同じソフトタイヤを履く2番手ライコネンに約コンマ2秒の差をつけてフリー2回目を制した。

　5位にはサインツJr.、7位にはマクラーレンのフェルナンド・アロンソとスペイン人ドライバーが好位置につけ、明日の予選に向けて弾みをつけた。また1回目でオイル漏れの症状を起こし、わずか9周に終わったフォース・インディアのセルジオ・ペレスは32周を消化して9位。なお、最多周回を記録したのは、トロロッソに降格となったダニール・クビアト（44周／15位）だった。

　フリー走行3回目は、日本時間5月14日18時（現地時間11時）に開始される。