ロズベルグはQ1で1分44秒136、続いて1分43秒685を記録し、一時首位に立った。ハミルトンは15コーナーのエスケープエリアに入った後、ピットに戻った。タイム順ではペレス、リカルド、クビアトが続いた。

フェラーリSF16-Hの資料画像。Formula1-Dataの画像ページでは、具体的なイベントや撮影場所は明示されていない。
Q2ではロズベルグが1分42秒520で、その時点の最速タイムを更新した。ハミルトンは一時通過ライン近くまで下がったが、最後に1分43秒526を記録して2位へ上がった。グロージャンが11位、ヒュルケンベルグが12位となり、両者ともQ3に進めなかった。
Q3に入り、ハミルトンは一時ロズベルグを0.4秒上回っていたが、15コーナーでタイヤをロックさせてコースを外れた。ロズベルグもその影響で自身のアタックを中断した。その後ペレスが1分43秒515で一時トップに立った。
ロズベルグは最後のアタックで1分42秒758を記録し、バクー初開催のヨーロッパGPでポールポジションを獲得した。ペレスが0.757秒差の2位となり、リカルドとベッテルはいずれも1分43秒966を記録した。
ベッテルはリカルドより後に同じタイムを記録したため、4位に分類された。ライコネンが5位、マッサが6位、クビアトが7位となり、ボッタスが8位、フェルスタッペンが9位に入った。
予選残り2分05秒のところで、ハミルトンが11コーナーの内側のバリアに衝突して右フロントホイールを損傷し、赤旗が提示された。最終的に2分01秒954で10位となり、最後のアタックを再び行うことはできなかった。
ペレスはフリー走行3回目のクラッシュ後にギアボックスを交換したため、5グリッド降格を受けた。公式暫定スターティンググリッドではロズベルグとリカルドがフロントロウに並び、ペレスは7番手、ハミルトンは10番手からのスタートとなった。
ロズベルグがQ3最速タイムでポールを獲得した。ペレスは予選2番手のタイムを守ったが、降格によりフロントロウを失った。ハミルトンの11コーナーでの事故により、もう1台のメルセデスは10番手からスタートすることになった。
| 順位 | ドライバー | チーム | Q1 | Q2 | Q3 | 周回数 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | ニコ・ロズベルグ | メルセデス | 1:43.685 | 1:42.520 | 1:42.758 | 16 |
| 2 | セルジオ・ペレス | フォース・インディア | 1:44.462 | 1:43.939 | 1:43.515 | 20 |
| 3 | ダニエル・リカルド | レッドブル | 1:44.570 | 1:44.141 | 1:43.966 | 20 |
| 4 | セバスチャン・ベッテル | フェラーリ | 1:45.062 | 1:44.461 | 1:43.966 | 19 |
| 5 | キミ・ライコネン | フェラーリ | 1:44.936 | 1:44.533 | 1:44.269 | 19 |
| 6 | フェリペ・マッサ | ウィリアムズ | 1:45.494 | 1:44.696 | 1:44.483 | 15 |
| 7 | ダニール・クビアト | トロロッソ | 1:44.694 | 1:44.687 | 1:44.717 | 25 |
| 8 | バルテリ・ボッタス | ウィリアムズ | 1:44.706 | 1:44.477 | 1:45.246 | 18 |
| 9 | マックス・フェルスタッペン | レッドブル | 1:44.939 | 1:44.387 | 1:45.570 | 20 |
| 10 | ルイス・ハミルトン | メルセデス | 1:44.259 | 1:43.526 | 2:01.954 | 17 |
| 11 | ロマン・グロージャン | ハース | 1:45.507 | 1:44.755 | — | 15 |
| 12 | ニコ・ヒュルケンベルグ | フォース・インディア | 1:44.860 | 1:44.824 | — | 14 |
| 13 | カルロス・サインツ | トロロッソ | 1:44.827 | 1:45.000 | — | 17 |
| 14 | フェルナンド・アロンソ | マクラーレン | 1:45.525 | 1:45.270 | — | 15 |
| 15 | エステバン・グティエレス | ハース | 1:45.300 | 1:45.349 | — | 16 |
| 16 | フェリペ・ナッセ | ザウバー | 1:45.549 | 1:46.048 | — | 13 |
| 17 | リオ・ハリアント | マノー | 1:45.665 | — | — | 8 |
| 18 | パスカル・ウェーレイン | マノー | 1:45.750 | — | — | 9 |
| 19 | ジェンソン・バトン | マクラーレン | 1:45.804 | — | — | 7 |
| 20 | マーカス・エリクソン | ザウバー | 1:46.231 | — | — | 10 |
| 21 | ケビン・マグヌッセン | ルノー | 1:46.348 | — | — | 9 |
| 22 | ジョリオン・パーマー | ルノー | 1:46.394 | — | — | 9 |