Tysken, i en Ferrari 2015 för första gången efter flytten från Red Bull, ledde Sauber Marcus Ericsson.
Den nya Mercedesen gjorde en olycksbådande debut, med Nico Rosberg tredje snabbast efter att ha avslutat en anmärkningsvärd 157 varv.
Fernando Alonso klarade bara sex varv när McLaren inledde sitt motorpartnerskap med Honda.
Alonso var 18 sekunder utanför takten när laget kämpade för att få bilen och motorn att fungera tillsammans - precis som de hade när de försökte köra motorn i en bil 2014 vid ett eftersäsongen test i Abu Dhabi i november.
McLaren slog ner situationen och sa att bilen hade hållits i groparna av "några niggly problem".
Alonso verkade oberörd och skrev på sitt Twitter-konto: "Första varv. Så stolt över mitt team. Lycklig."
Två-tidens mästare lämnar över till Jenson Button på måndag som de två McLaren förare växelvis under de fyra dagarna av testet.
McLaren, verkställande direktör Ron Dennis, tillade att bilens levery - standard silver och svart för tillfället - skulle förändras någon gång under året, även om han inte skulle säga när.
Vettels snabbaste tid var en minuts 22.620 sekunders varv och hans position högst upp på tidsbladen var en spegel av samma test förra året, då hans nya lagkamrat Kimi Raikkonen satte takten för Ferrari.
Det italienska laget fortsatte att ha sin värsta säsong i mer än 20 år, fällande en serie avskedanden av topp chefer.
Teamet förlorade sin president, två team rektorer, och flera seniora designingenjörer i slutet av 2014 och förväntar sig inte att vara konkurrenskraftiga i början av året.
Ericssons tempo för det kämpande Sauber-teamet betonade den relativa meningslösheten i rubriktiderna i testerna, när det är omöjligt att veta vilken specifikation bilarna kör i.
Men det gick inte att undgå det faktum att Mercedes hade en framgångsrik första dag.
Rosberg avslutade mer än dubbelt så många varv som någon annan förare och kunde varva efter behag i en minut 23 sekund.
Världsmästare Lewis Hamilton fick inte köra eftersom varje lag bara får köra en bil per dag.
Laget som dominerade förra säsongen, vinna 16 av 19 tävlingar, är återigen en stark favorit i år.
Red Bulls Daniel Ricciardo var fjärde snabbaste, 0.232seks bakom Rosberg, men Red Bull chef teknisk officer Adrian Newey sade att han inte förväntar sig att laget att kunna utmana Mercedes för mästerskapet denna säsong.
"Det var en anständig första dag, vanliga nya bilar niggles, ett batteri problem och ett motorproblem, men inget större hittills," Newey sade.
Han sade att Red Bull, som sprang i ett tillfälligt kamouflageliv, var "förhoppningsvis ett anständigt steg framåt från förra året", men han tillade att en titelutmaning skulle vara "extremt svår, i sanning.
– Mercedesens elkraftsfördel var ca 10 procent förra året och det är inte något Renault kan stänga på en säsong. vi kommer fortfarande att vara på den bakre foten men vi kommer att fortsätta att trycka."
Williams Valtteri Bottas var den femte snabbast, och han avslutade det näst högsta antalet varv i sin Mercedesdrivna bil, framför Toro Rosso novice Carlos Sainz Jr och Alonso.
Lotus är också på väg till provet men körde inte på söndagen eftersom deras nya bil flögs över till Spanien. Teamet hoppas kunna springa på måndag.
Tvinga Indien saknar testet eftersom deras 2015 bil inte är klar.
Testet avslutas den 4 februari.
1 Sebastian Vettel (Ger) Ferrari 1:22.620
2 Marcus Ericsson (Swe) Sauber-Ferrari 1:22.777
3 Nico Rosberg (Ger) Mercedes 1:23.106
4 Daniel Ricciardo (Aus) Röd Bull-Renault 1:23,338
5 Valtteri Bottas (Fin) Williams-Mercedes 1:23.906
6 Carlos Sainz Jr (Spa) Toro Rosso-Renault 1:25.327
7 Fernando Alonso (Spa) McLaren-Honda 1:40.738
Ferrari's Sebastian Vettel satte takten på första dagen av försäsongen tester som Mercedes imponerade och den nya McLaren-Honda kämpade.