3月24日現地時間午後5時、オーストラリアGP予選が行なわれた。朝から雨が降り続き、GTカーによるサポートレースでもセーフティカー先導のまま終了となる場面もあったほどだったが、午後2時のFP3直前に雨は上がって天候は急速に回復。予選はドライコンディションに迎えることとなった。気温は24度、路面温度は31度という気候のもと、Q1が始まった。
コンパウンドのタイム差が大きいだけに、各車ともウルトラソフトでコースインしタイムアタックを開始する。フリー走行と同じように、各車とも最初のランでチャージラップを挟んで複数回のアタックを行なう。まず最初のアタックでトップに立ったのはキミ・ライコネンで1分23秒096。
アタック1回目でトラフィックに引っかかったルイス・ハミルトンは2回目のアタックでタイムを伸ばして0.167秒差の2位につけ、3回目のアタックで1分22秒824まで縮めてトップに立った。3位にはセバスチャン・ベッテル、4位・5位にレッドブル勢が続き、6位バルテリ・ボッタスの後方はトップから1.420秒離れてマクラーレンのフェルナンド・アロンソ、カルロス・サインツJr.、バルテリ・ボッタスと続く。
最初のアタックで16位・18位に留まったトロロッソ・ホンダ勢は、他の中団グループと同様に残り3分を切ったところで2セット目のウルトラソフトを投入して最後のアタックに突入する。しかしピエール・ガスリーはターン3でタイヤをロックさせコースオフを喫し、アタックを断念して20位に終わる。ブレンドン・ハートリーはターン1でのミスが響き0.029秒差で16位となり、2台揃ってQ2進出を逃すこととなった。その他ザウバー勢が17位・18位、セルゲイ・シロトキンが19位でQ1敗退となった。
Q2はレッドブル勢だけが決勝のスタートタイヤを見据えてスーパーソフトでコースインし、それ以外の全車がウルトラソフトでアタックに入った。最初のアタックでハミルトンが1分22秒051と大きくタイムを伸ばしてトップに立ち、2位ライコネン、3位ベッテルに0.5秒近い差を付ける。
5位・6位にはレッドブル勢、そこから0.8秒離れてアロンソ、サインツ、ケビン・マグヌッセンらが僅差で続く。Q1とは異なり余裕のないQ2ではどのマシンも1アタックの3周ランを1セットとする。その中でニコ・ヒュルケンベルグはターン1でタイヤをロックさせてコースオフしアタックをフイにしてしまう。
セッション中の降水確率は30%だが、空が暗くなってきているのを受けて各車とも早めに2回目のアタックに入る。レッドブル勢は後方のマージンを見て再びスーパーソフトでアタックに臨んだ。
ハミルトンはここでタイムを更新せず、ベッテルが1分21秒944と更新してトップに立った。ボッタスが3番手、4番手にマックス・フェルスタッペンが入った。7位にサインツ、8位・9位にハース勢、10位にヒュルケンベルグが飛び込み、アロンソは11位に留まり0.148秒差でQ3進出を逃したが「問題ない」とエンジニアに答える。
ストフェル・バンドーンはチームメイトに0.161秒差まで迫って12位、その後ろも僅差でペレスが続き、ターン3でコースオフを喫したランス・ストロールは14位、2回目のアタックもトラフィックに引っかかったエステバン・オコンはタイムを記録できず15位に終わった。
Q3はハース勢とルノー勢以外の各車がウルトラソフトの新品でコースイン。しかしアタックを開始したボッタスがターン1で出口の縁石を僅かにはみ出し、芝生に乗ってリヤが流れターン2アウト側のウォールに激しくクラッシュ。これで1人もタイムを記録しないまま赤旗提示となった。
10分の中断を挟んで残り9分47秒でセッション再開。ハミルトンは1回目のアタックで途中まで使用していた中古のウルトラソフトで再度コースインし1分22秒051。ベッテルはセクター1と2で最速タイムを刻んだものの全体では0.034秒及ばず2位に留まり、新品のウルトラソフトを履いたフェルスタッペンは0.061秒差まで迫った。
残り3分でハース勢とルノー勢が最後のアタックを行なうため新品ウルトラソフトを履いてコースインするが、この際にグロージャンは目の前にガレージアウトしてきたサインツをピットレーンで並走して抜いてしまう。
最後のアタックでハミルトンは全セクター最速のベストラップを刻み、去年の自身のポールタイムを1秒縮める1分21秒164でメルボルン5年連続となるポールポジションを獲得した。ベッテルはターン13でミスを犯し0.674秒差の3番手に留まり、2位にはベッテルを僅かに0.02秒上回ってライコネンが入った。4位は同じくターン13でリヤが流れたフェルスタッペン、3グリッド降格が決まっている地元リカルドは0.988秒差で5位となった。
3強に次ぐ6位にはマグヌッセン、7位はグロージャンとハース勢が続いたが、トップからは2秒もの差を付けられた。その後ろはヒュルケンベルグ、サインツも僅差で続き、ノータイムのボッタスは10位となった。