Les Mercedes, toujours parties depuis la pole position sur le circuit de Shanghai depuis 2012, n'arrivent pas à faire fonctionner correctement les nouveaux pneumatiques ultra tendres de Pirelli et, lors d'une séance de qualification ventée, manquent de rythme par rapport aux Ferrari. Les monoplaces rouges luttent entrent-elles pour la première place de la grille et Kimi Räikkönen, qui prend les devants lors de sa première tentative en Q3, améliore encore au terme de son deuxième tour rapide ; il est finalement battu de 87 millièmes de seconde par son coéquipier qui établit, en 1 min 31 s 095, le nouveau record de la piste. Sebastian Vettel obtient la cinquante-deuxième pole position de sa carrière, sa deuxième consécutive, et l'écurie de Maranello place ses deux voitures sur la première ligne dans deux Grands Prix consécutifs pour la première fois depuis les Grand Prix des États-Unis et de France en 2006 ; elles n'avaient plus obtenu la pole position en Chine depuis la première édition, en 2004. Valtteri Bottas réalise le troisième temps à plus d'une demi-seconde et Lewis Hamilton, quatrième, ne va même pas au bout de sa deuxième tentative. Les Red Bull de Max Verstappen et Daniel Ricciardo sont en troisième ligne, devant la Renault de Nico Hülkenberg et la Force India de Sergio Pérez.