Alors que les Red Bull Racing ont dominé toutes les sessions d'essais libres et pris les devants lors des deux premières phases de la séance de qualification, Sebastian Vettel réalise deux tentatives imbattables en Q3, et établit, en 1 min 39 s 491, le nouveau record du circuit de Marina Bay d'où il part en tête pour la quatrième fois depuis l'édition 2011. Il s'agit de sa troisième pole position de la saison et la quarante-neuvième de sa carrière. Le pilote de la Ferrari n°5 est accompagné en première ligne par Max Verstappen, battu de 3 dixièmes de seconde ; leurs coéquipiers occupent la deuxième ligne, Daniel Ricciardo, auteur du troisième temps, devançant Kimi Räikkönen. Lewis Hamilton, principal rival de Vettel en tête du championnat du monde, part de la troisième ligne, devant son coéquipier Valtteri Bottas. La quatrième ligne est composée de Nico Hülkenberg et de Fernando Alonso.