Prestasi gemilang dicetak oleh rider Ducati ini yang berhasil memecahkan rekor di Mugello dengan catatan waktu yang mencengangkan. Marquez berhasil mengurangi 0,4 detik dari rekor sebelumnya, menunjukkan keunggulan yang dimilikinya. Pembalap Spanyol ini, yang pernah meraih kemenangan pada tahun 2014, kembali memperlihatkan dominasinya dengan meraih pole position keenam musim ini dan yang ke-100 sepanjang kariernya. Hal ini juga mengonfirmasi performa positif yang terus diperlihatkannya dengan motor #93. Disampingnya, Francesco Bagnaia, rekan setimnya di tim pabrikan Borgo Panigale, siap memulai balapan dengan posisi start terbaik musim ini dan tampaknya telah menemukan kembali performanya berkat perubahan terbaru pada Desmosedici. Alex Marquez juga tidak kalah dengan saudaranya, hanya berselisih 0.083 detik dari putarannya.
Fabio Quartararo sempat memegang posisi terdepan dalam sesi kualifikasi yang sengit, namun pembalap Ducati berhasil menggesernya ke urutan keempat di akhir sesi. Maverick Vinales mewakili KTM dengan posisi kelima, sementara Franco Morbidelli menempati posisi keenam. Baris ketiga diisi oleh Fabio Di Giannantonio, Pedro Acosta, dan Alex Rins, sedangkan Marco Bezzecchi menyelesaikan urutan sepuluh besar, menjadi yang terbaik dari empat pembalap Aprilia. Meskipun mengalami peningkatan, Honda masih kesulitan karena tidak ada satu pun dari pembalapnya yang mampu masuk ke sesi kualifikasi terakhir. Joan Mir juga tampak berjuang keras, memulai balapan dari urutan ke-18 tepat di depan Takaaki Nakagami. Selain itu, penampilan terakhir yang memalukan bagi Somkiat Chantra juga menjadi sorotan dari kualifikasi yang berlangsung.
