A szezon eddigi legnagyobb meglepetését hozta a visszatérő Osztrák Nagydíj időmérő edzése: a Williams Felipe Massa vezetésével kisajátította az első rajtsort, amire emberemlékezet óta nem volt példa, utoljára a 2003-as Német Nagydíjon sikerült ez a grove-iaknak. Massa maga utoljára a 2008-as idényzárón, azaz több mint öt és fél éve nem állhatott a pole-pozícióban, ez összesen 16. alkalommal sikerült neki pályafutása során. Valtteri Bottas karrierje legjobb rajthelyét érte el a második pozícióval, a Mercedes idén először bukta el a pole-t, Hamilton pedig először szorult ki az első rajtsorból.
De hogy is történt mindez? Az már a délelőtti szabadedzésen látszott, hogy a Williams nagyon erős, de arra azért nem lehetett számítani, hogy az ő kettős sikerükkel zárul a kvalifikáció. Az első etapban a Mercedes volt a leggyorsabb, Kvjat ugyan beférkőzött kettejük közé, de ez az eredmény nem volt reális a gumiválasztás miatt. Kiesett a két Sauber, a két Marussia és a két Caterham a papírformának megfelelően.
A második szakaszban több világbajnok is elvérzett. A legmeglepőbb a Red Bull hazai versenyén ennél bizonyosan többre számító Sebastian Vettel kiesése volt, akinek tulajdonképpen egyetlen pillanatig sem volt esélye a továbbjutásra. Csapattársa, Daniel Ricciardo viszont bejutott, és Kimi Raikkönen is a legjobb tíz közt zárt, Pereznek és Buttonnak viszont nem sikerült ez - akárcsak a remeklő Kvjat csapattársának, Vergne-nek. Maldonado az utolsó pillanatban kicsúszott, de így is megverte csapattársát, Romain Grosjeant.
A Q3-ban az első gyors körök után a harmadik szabadedzést megnyerő Valtteri Bottas állt az élre, őt Nico Rosberg és Felipe Massa követte. Lewis Hamilton elképesztően jó körön volt, négy tizeddel jobban állt, mint a finn, ám elrontotta a nyolcas kanyar kijáratát, és érvénytelenítették a körét. A négy pole-ra esélyes pilóta közül az utolsó gyors körök során csak egy tudott javítani: Rosberg félbehagyta a körét, Bottas egy kicsit hibázott, Hamilton pedig a bukótérben kötött ki - Massa viszont 87 ezreddel megelőzte csapattársát, s ezzel megszerezte a pole-pozíciót.
Az időmérő edzés végeredménye:
| Pilóta | Csapat | Idő | Kör | |
| 1. | Felipe Massa | Williams | 1:08.759 | 19 |
| 2. | Valtteri Bottas | Williams | 1:08.846 | 19 |
| 3. | Nico Rosberg | Mercedes | 1:08.944 | 17 |
| 4. | Fernando Alonso | Ferrari | 1:09.285 | 25 |
| 5. | Daniel Ricciardo | Red Bull | 1:09.466 | 22 |
| 6. | Kevin Magnussen | McLaren | 1:09.515 | 29 |
| 7. | Danyiil Kvjat | Toro Rosso | 1:09.619 | 21 |
| 8. | Kimi Raikkönen | Ferrari | 1:10.795 | 23 |
| 9. | Lewis Hamilton | Mercedes | - | 15 |
| 10. | Nico Hülkenberg | Force India | - | 23 |
| 11. | Sergio Perez | Force India | 1:09.754 | 18 |
| 12. | Jenson Button | McLaren | 1:09.780 | 22 |
| 13. | Sebastian Vettel | Red Bull | 1:09.801 | 15 |
| 14. | Pastor Maldonado | Lotus | 1:09.939 | 18 |
| 15. | Jean-Eric Vergne | Toro Rosso | 1:10.073 | 19 |
| 16. | Romain Grosjean | Lotus | 1:10.642 | 21 |
| 17. | Adrian Sutil | Sauber | 1:10.825 | 10 |
| 18. | Esteban Gutierrez | Sauber | 1:11.349 | 10 |
| 19. | Jules Bianchi | Marussia | 1:11.412 | 9 |
| 20. | Kamui Kobayashi | Caterham | 1:11.673 | 10 |
| 21. | Max Chilton | Marussia | 1:11.775 | 10 |
| 22. | Marcus Ericsson | Caterham | 1:12.673 | 11 |
