Die Top-10 des dritten freien Trainings zogen direkt in das Qualifying 2 ein. Die restlichen Piloten kämpften im Qualifying 1 um die letzten beiden Plätze im Q2. Héctor Barberá setzte sich mit 1:45,028 min vor seinem Ducati-Kollegen Andrea Dovizioso und Aleix Espargaró an die Spitze. Suzuki-Pilot Espargaró stand im letzten Jahr bei seinem Heim-GP auf der Pole-Position. Aprilia-Fahrer Stefan Bradl reihte sich auf Platz 5 hinter Bradley Smith ein, er lag 1,3 sec hinter der vorläufigen Bestzeit. Aleix Espargaró preschte auf Platz 2 – 0,322 sec hinter Barberá aus dem Avintia-Team. Bradl wurde von Ducati-Testfahrer Michele Pirro, der den verletzten Loris Baz ersetzt, auf Platz 6 verdrängt. Espargaró schob sich auf Platz 1, doch wenige Sekunden später verdrängte ihn Barberá wieder auf die zweite Position. Dovizioso legte Sektor-Bestzeiten vor und schob sich auf Platz 2 an Espargaró vorbei. Mit 1:44,494 min blieb Héctor Barberá mit der Ducati GP14.2 an der Spitze, 0,162 sec vor Ducati-Werkspilot Andrea Dovizioso. Aleix Espargaró, der 2015 in Barcelona auf der Pole-Position stand, scheiterte nun am Einzug in das Q2 und muss am Sonntag von Position 13 starten. Dahinter folgten Bradley Smith, Michele Pirro, Yonny Hernandez, Eugene Laverty, Stefan Bradl (18.), Jack Miller, Tito Rabat und Alvaró Bautista. Durch die geänderte Streckenführung war die Bestzeit von Barberá 3,948 sec langsamer als die Pole-Zeit 2015.