Les Mercedes se montrent supérieures dans l'exercice des qualifications sur le tracé du Parc olympique de Sotchi ; Lewis Hamilton et Valtteri Bottas s'expliquent pour réaliser la pole position lors de la troisième phase. Sur le circuit où il a remporté, en 2017, sa première victoire, le Finlandais bat son coéquipier de 145 millièmes de seconde et s'élance en tête pour la sixième fois de sa carrière. Derrière cette première ligne occupée par les Flèches d'Argent, la Ferrari de Sebastian Vettel est repoussée à une demi-seconde tandis que Kimi Räikkönen est à plus de huit dixièmes. Profitant des sanctions pour changements hors quota d'éléments moteurs infligées aux deux Red Bull Racing et aux deux pilotes de la Scuderia Toro Rosso repoussés en fond de grille, les pilotes Haas, Racing Point Force India et Sauber complètent le top 10 pour le départ, avec Kevin Magnussen et Esteban Ocon sur la troisième ligne, Charles Leclerc et Sergio Pérez en quatrième ligne, devant Romain Grosjean et Marcus Ericsson.