A kvalifikáció hasonló körülmények között kezdődött magyar idő szerint hét órakor, mint a harmadik szabadedzés, hiszen visszatértek a fenyegető felhők az égre, úgymond lógott az eső lába, az égi áldás azonban csak a távolban szórta meg Melbourne-t, és elkerülte az Albert Parkot. Még percekkel a Q1 előtt sem volt biztos, hogy a harmadik edzésen autót törő Lance Stroll elindulhat-e, de a Williams szerelői remek munkát végeztek az azóta eltelt két órában, és összerakták az FW40-est. A kanadai újonc mindazonáltal nem tudta továbbverekedni magát az időmérő második szakaszába, és a 19. helyen zárt.
De még így is sikerült felülmúlnia a renault-s Jolyon Palmert, összességében pedig eléggé színes társaság alakult ki a kiesők között, hiszen Stoffel Vandoorne-nál üzemanyag-áramlási problémát észlelt a McLaren, Kevin Magnussen sem tudott továbbjutni a Haas-szal, a Pascal Wehrlein helyére beugró Antonio Giovinazzi pedig annak ellenére is meggyőző teljesítményt nyújtott a Sauberrel, hogy alulmaradt a Marcus Ericssonnal folytatott harcban, és a 16. helyen zárt.

A Q2-ben többé-kevésbé papírforma-szerint alakult, már ha azt vesszük alapul, hogy több csapat teljesítménye is hasonlóan alakult eddig: Ericssonnak ugyan nem volt esélye az előrelépésre, és csak a 15. lett, meglepetésre a két Force India búcsúzni kényszerült – egy visszajátszásból kiderült, hogy Felipe Massa kissé feltartotta Sergio Perezt. Fernando Alonso 13. helye sikerként könyvelhető el a katasztrofális elmúlt hetek után, Nico Hülkenberg viszont valószínűleg többet várt a 12. pozíciónál.
Az időmérő utolsó szakaszát a két-két Mercedesen, Ferrarin, Red Bullon és Toro Rossón kívül Felipe Massa és Romain Grosjean kezdhette meg – a francia jó szokása szerint végigpanaszkodta a kvalifikációt, hogy aztán dícséretekkel halmozza el alakulatát. Kimi Raikönen már kivezető körén jelezte csapata felé, hogy esőcseppeket látott sisakrostélyén, versenymérnöke viszont megerősítette, hogy nem kell komoly csapadéktól tartani a hátralévő percekben.
Valtteri Bottas kezdte meg a gyorskörök első hullámát, mely után Hamilton-Vettel-Bottas-Raikkönen sorrend alakult ki, ám rögtön utánuk Daniel Ricciardo kicsúszott a 14-es kanyarban, és össze is törte red bullja hátulját. A versenybíróság azonnal belengette a piros zászlót, a hazai közönség előtt bizonyítani akaró ausztrál pedig csalódottan, egy robogón hagyta el a helyszínt.
ACCIDENTE DE RICCIARDO! No había marcado tiempo, saldrá 10º si no tiene que cambiar caja de cambios. #F1 pic.twitter.com/H5IXCJYPZ7
— MrAlexF1 (@MrAlexF1) 2017. március 25.
A folytatás után bár Bottas élre állt, Hamilton átvette tőle a vezetést, a Ferrarinak pedig csak részben volt válasza, és szétválasztotta a két Mercedes-pilótát. Kimi Raikkönennek meg kellett elégednie a negyedik hellyel, Verstappen ötödik pozíciója többé-kevésbé várható volt, mögötte azonan némi meglepetésre Romain Grosjean végzett. Felipe Massa hetedik helyre hozta be a Williamst, a teszteken még a mezőny végén kullogó Toro Rosso pilótái 8-9. pozícióban zártak.
Az időmérő edzés végeredménye:
| Q3 | Versenyző | Csapat | Idő | Hátrány |
| 1 | Lewis Hamilton | Mercedes | 1:22.188 | - |
| 2 | Sebastian Vettel | Ferrari | 1:22.456 | 0.268 |
| 3 | Valtteri Bottas | Mercedes | 1:22.481 | 0.293 |
| 4 | Kimi Räikkönen | Ferrari | 1:23.033 | 0.845 |
| 5 | Max Verstappen | Red Bull-TAG Heuer | 1:23.485 | 1.297 |
| 6 | Romain Grosjean | Haas-Ferrari | 1:24.074 | 1.886 |
| 7 | Felipe Massa | Williams-Mercedes | 1:24.443 | 2.255 |
| 8 | Carlos Sainz | Toro Rosso-Renault | 1:24.487 | 2.299 |
| 9 | Daniil Kvyat | Toro Rosso-Renault | 1:24.512 | 2.324 |
| 10 | Daniel Ricciardo | Red Bull-TAG Heuer | - | - |
| Q2 | ||||
| 11 | Sergio Pérez | Force India-Mercedes | 1:25.081 | 2.893 |
| 12 | Nico Hülkenberg | Renault | 1:25.091 | 2.903 |
| 13 | Fernando Alonso | McLaren-Honda | 1:25.425 | 3.237 |
| 14 | Esteban Ocon | Force India-Mercedes | 1:25.568 | 3.380 |
| 15 | Marcus Ericsson | Sauber-Ferrari | 1:26.465 | 4.277 |
| Q1 | ||||
| 16 | A.Giovinazzi | Sauber-Ferrari | 1:26.419 | 4.231 |
| 17 | Kevin Magnussen | Haas-Ferrari | 1:26.847 | 4.659 |
| 18 | S.Vandoorne | McLaren-Honda | 1:26.858 | 4.670 |
| 19 | Jolyon Palmer | Renault | 1:28.244 | 6.056 |
| 20 | Lance Stroll | Williams-Mercedes | 1:27.143 | 4.955 |