9月5日に行われたイタリアGP予選では、ハミルトンがQ3で1分23秒397を記録してポールポジションを獲得した。ライコネンが2位、ベッテルが3位、ロズベルグが4位に続いた。
Q1ではハミルトンがミディアムタイヤで1分24秒251を記録し、ロズベルグが1分24秒609で続いた。メルセデスの2台は余裕を持って突破し、最初のセッションから優位を示した。
フェルスタッペンのトロロッソは、ピットレーンを出た直後にエンジンカバーが外れた。有効なタイムを残せず、公式分類ではNCとされた。バトン、アロンソ、マノーの2台がQ1で敗退した。
Q2でもハミルトンが1分23秒383でトップとなった。このセッションではベッテルが1分23秒577で2位、ライコネンが1分23秒757で3位、ロズベルグが1分23秒864で4位だった。
マルドナドは11位、ナッセは12位、サインツは13位、クビアトは14位で、いずれもQ3進出を逃した。リカルドはQ1を突破したものの、Q2ではタイムを記録しなかった。
ハミルトンはQ3最初のアタックで1分23秒397をマークした。2回目は更新できなかったが、このタイムでポールを守った。フェラーリの2台は終盤まで追い上げた。
ライコネンは1分23秒631で2位、ベッテルは1分23秒685で3位となり、2人の差は0.054秒だった。旧仕様のエンジンに交換して臨んだロズベルグは、1分23秒703で4位に入った。
マッサが5位、ボッタスが6位で、ペレス、グロージャン、ヒュルケンベルグ、エリクソンが7位から10位に続いた。エリクソンにはQ1でヒュルケンベルグを妨害したことによるグリッド降格処分も科されたが、予選分類は10位のままだった。
| 順位 | 車番 | ドライバー | チーム | Q1 | Q2 | Q3 | 周回数 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 44 | ルイス・ハミルトン | メルセデス | 1:24.251 | 1:23.383 | 1:23.397 | 15 |
| 2 | 7 | キミ・ライコネン | フェラーリ | 1:24.662 | 1:23.757 | 1:23.631 | 17 |
| 3 | 5 | セバスチャン・ベッテル | フェラーリ | 1:24.989 | 1:23.577 | 1:23.685 | 20 |
| 4 | 6 | ニコ・ロズベルグ | メルセデス | 1:24.609 | 1:23.864 | 1:23.703 | 19 |
| 5 | 19 | フェリペ・マッサ | ウィリアムズ | 1:25.184 | 1:23.983 | 1:23.940 | 19 |
| 6 | 77 | バルテリ・ボッタス | ウィリアムズ | 1:24.979 | 1:24.313 | 1:24.127 | 17 |
| 7 | 11 | セルジオ・ペレス | フォース・インディア | 1:24.801 | 1:24.379 | 1:24.626 | 19 |
| 8 | 8 | ロマン・グロージャン | ロータス | 1:25.144 | 1:24.448 | 1:25.054 | 19 |
| 9 | 27 | ニコ・ヒュルケンベルグ | フォース・インディア | 1:24.937 | 1:24.510 | 1:25.317 | 18 |
| 10 | 9 | マーカス・エリクソン | ザウバー | 1:25.122 | 1:24.457 | 1:26.214 | 20 |
| 11 | 13 | パストール・マルドナド | ロータス | 1:25.429 | 1:24.525 | — | 16 |
| 12 | 12 | フェリペ・ナッセ | ザウバー | 1:25.121 | 1:24.898 | — | 15 |
| 13 | 55 | カルロス・サインツ | トロロッソ | 1:25.410 | 1:25.618 | — | 10 |
| 14 | 26 | ダニール・クビアト | レッドブル | 1:25.742 | 1:25.796 | — | 11 |
| 15 | 3 | ダニエル・リカルド | レッドブル | 1:25.633 | — | — | 3 |
| 16 | 22 | ジェンソン・バトン | マクラーレン | 1:26.058 | — | — | 7 |
| 17 | 14 | フェルナンド・アロンソ | マクラーレン | 1:26.154 | — | — | 7 |
| 18 | 28 | ウィル・スティーブンス | マルシャ | 1:27.731 | — | — | 9 |
| 19 | 98 | ロベルト・メルヒ | マルシャ | 1:27.912 | — | — | 9 |
| NC | 33 | マックス・フェルスタッペン | トロロッソ | DNS | — | — | 1 |