6月6日のカナダGP予選では、ハミルトンが1分14秒393でポールポジションを獲得し、ロズベルグに0.309秒差をつけた。ライコネンが3番手となり、メルセデスがフロントロウを独占。フェラーリは2列目の一角を確保した。
Q1ではメルセデスの2台がほぼ同タイムを記録し、ロズベルグが1分15秒893でハミルトンをわずか0.002秒上回った。グロージャンはその後、スーパーソフトタイヤでさらにラップタイムを縮めた。一方、ベッテルのフェラーリはMGU-Hの問題に悩まされた。
ベッテルは1分17秒344にとどまり16番手、マッサはパワー不足で17番手となった。メルヒとスティーブンスはそれぞれ18番手、19番手。バトンはフリー走行3回目後のエンジントラブルで予選に出走できず、公式リザルトに記載されたドライバーは19人のみだった。
Q2ではハミルトンが1分14秒661でロズベルグを0.012秒リードし、グロージャンは終盤に3番手へ浮上した。サインツは11番手で敗退し、フェルスタッペンは12番手、エリクソンは13番手、アロンソは14番手、ナッセは15番手だった。
Q3の最初のアタックで、ハミルトンは1分14秒393、ロズベルグは1分14秒702を記録した。2回目のアタックでは両者ともタイムを更新できず、ハミルトンがこの大会のポールポジションを獲得した。これが同シーズン6回目のポールとなった。
ライコネンは1分15秒014で3番手を獲得し、ボッタスが4番手となった。グロージャンが5番手、マルドナドが6番手で、ロータスの2台はいずれも3列目以内に入った。
ヒュルケンベルグが7番手、クビアトが8番手、リカルドが9番手、ペレスが10番手となった。予選結果はコース上で記録された成績を反映しており、その後のグリッド降格ペナルティが日曜日のスタート位置に別途影響する。
フェルスタッペンはモナコGPでの接触により、すでに5グリッド降格のペナルティを受けており、この大会では5基目のエンジンを使用したため、さらに10グリッド降格のペナルティを受けた。降格可能なグリッド数ではすべてのペナルティを消化できず、決勝では10秒間のストップ・アンド・ゴー・ペナルティも受ける必要がある。
| 順位 | カーナンバー | 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 | 1:15.895 | 1:14.661 | 1:14.393 | 21 |
| 2 | 6 | ニコ・ロズベルグ | メルセデス | 1:15.893 | 1:14.673 | 1:14.702 | 19 |
| 3 | 7 | キミ・ライコネン | フェラーリ | 1:16.259 | 1:15.348 | 1:15.014 | 19 |
| 4 | 77 | バルテリ・ボッタス | ウィリアムズ | 1:16.552 | 1:15.506 | 1:15.102 | 18 |
| 5 | 8 | ロマン・グロージャン | ロータス | 1:15.833 | 1:15.187 | 1:15.194 | 20 |
| 6 | 13 | パストール・マルドナド | ロータス | 1:16.098 | 1:15.622 | 1:15.329 | 26 |
| 7 | 27 | ニコ・ヒュルケンベルグ | フォース・インディア | 1:16.186 | 1:15.706 | 1:15.614 | 21 |
| 8 | 26 | ダニール・クビアト | レッドブル | 1:16.415 | 1:15.891 | 1:16.079 | 27 |
| 9 | 3 | ダニエル・リカルド | レッドブル | 1:16.410 | 1:16.006 | 1:16.114 | 23 |
| 10 | 11 | セルジオ・ペレス | フォース・インディア | 1:16.827 | 1:15.974 | 1:16.338 | 23 |
| 11 | 55 | カルロス・サインツ | トロ・ロッソ | 1:16.611 | 1:16.042 | — | 19 |
| 12 | 33 | マックス・フェルスタッペン | トロ・ロッソ | 1:16.361 | 1:16.245 | — | 20 |
| 13 | 9 | マーカス・エリクソン | ザウバー | 1:16.796 | 1:16.262 | — | 20 |
| 14 | 14 | フェルナンド・アロンソ | マクラーレン | 1:17.012 | 1:16.276 | — | 18 |
| 15 | 12 | フェリペ・ナッセ | ザウバー | 1:16.968 | 1:16.620 | — | 18 |
| 16 | 5 | セバスチャン・ベッテル | フェラーリ | 1:17.344 | — | — | 6 |
| 17 | 19 | フェリペ・マッサ | ウィリアムズ | 1:17.886 | — | — | 9 |
| 18 | 98 | ロベルト・メルヒ | マルシャ | 1:19.133 | — | — | 11 |
| 19 | 28 | ウィル・スティーブンス | マルシャ | 1:19.157 | — | — | 10 |