Niespodzianki rozpoczęły się już w pierwszej części sesji kwalifikacyjnej, gdy do dalszej rozgrywki nie zakwalifikował się zastępujący Roberta Kubicę w zespole Lotus Renault GP Niemiec Nick Heidfeld. Tym bardziej, że szefowie zespołu bardzo liczyli na doświadczenie Niemca. Odpadli także Heikki Kovalainen i Jarno Trulli reprezentujący barwy Team Lotus, Timo Glock i Jerome d'Ambrosio - Marussia Virgin), Vitantonio Liuzzi i Narain Karthikeyan - HRT.
Dwaj ostatni kierowcy nie wezmą udziału w niedzielnym wyścigu, gdyż zgodnie z nowym regulaminem nie spełnili limitu 107 proc. liczonego na podstawie czasu najszybszego kierowcy podczas pierwszej części sesji kwalifikacyjnej Q1, a w tym przypadku Sebastiana Vettela.
Druga część sesji kwalifikacyjnej okazała się pechowa dla Brazylijczyka Rubensa Barrichello, który na jednym z zakrętów stracił panowanie nad bolidem i na dobre utknął na poboczu. Najszybciej w tej części kwalifikacji pojechał Sebastian Vettel, a odpadli: Michael Schumacher – Mercedes GP, Jamie Alguersuari – Toro Rosso, Sergio Peres – Sauber, Paul Di Resta - Force India, Pastor Maldonado - Williams, Adrian Sutil - Force India.
W ostatecznej rozgrywce ponownie najszybszy okazał się Sebastian Vettel, który zapewnił sobie pierwsze pole startowe. Obok swój bolid ustawi były mistrz świata Brytyjczyk Lewis Hamilton – McLaren-Mercedes, a na trzecim polu Australijczyk Mark Webber – Red Bull Racing.
ZSS Grand Prix Australii uznał, że Lewis Hamilton, Nico Rosberg i Michael Schumacher blokowali rywali podczas kwalifikacji, ale ograniczył się do ukarania całej trójki ostrzeżeniem.
Sędziowie przesłuchali kierowców po czasówce i przeanalizowali materiał telewizyjny. Całej trójce groziła utrata miejsc na polach startowych Grand Prix Australii. Hamilton popsuł okrążenie Witalija Pietrowa w Q2. Nico Rosberg blokował Sergio Pereza, a wolno jadący Michael Schumacher znalazł się na drodze Nicka Heidfelda w Q1.
Grand Prix Australii 2011 - kwalifikacje
| Poz. | Nr | Kierowca | Zespół | Q1 | Q2 | Q3 | Okr. |
| 1 | 1 | Sebastian Vettel | RBR-Renault | 1:25.296 | 1:24.090 | 1:23.529 | 16 |
| 2 | 3 | Lewis Hamilton | McLaren-Mercedes | 1:25.384 | 1:24.595 | 1:24.307 | 19 |
| 3 | 2 | Mark Webber | RBR-Renault | 1:25.900 | 1:24.658 | 1:24.395 | 15 |
| 4 | 4 | Jenson Button | McLaren-Mercedes | 1:25.886 | 1:24.957 | 1:24.779 | 18 |
| 5 | 5 | Fernando Alonso | Ferrari | 1:25.707 | 1:25.242 | 1:24.974 | 19 |
| 6 | 10 | Witalij Pietrow | Renault | 1:25.543 | 1:25.582 | 1:25.247 | 18 |
| 7 | 8 | Nico Rosberg | Mercedes GP | 1:25.856 | 1:25.606 | 1:25.421 | 17 |
| 8 | 6 | Felipe Massa | Ferrari | 1:26.031 | 1:25.611 | 1:25.599 | 18 |
| 9 | 16 | Kamui Kobayashi | Sauber-Ferrari | 1:25.717 | 1:25.405 | 1:25.626 | 17 |
| 10 | 18 | Sebastien Buemi | STR-Ferrari | 1:26.232 | 1:25.882 | 1:27.066 | 15 |
| 11 | 7 | Michael Schumacher | Mercedes GP | 1:25.962 | 1:25.971 | - | 13 |
| 12 | 19 | Jaime Alguersuari | STR-Ferrari | 1:26.620 | 1:26.103 | - | 11 |
| 13 | 17 | Sergio Perez | Sauber-Ferrari | 1:25.812 | 1:26.108 | - | 9 |
| 14 | 15 | Paul di Resta | Force India-Mercedes | 1:27.222 | 1:26.739 | - | 16 |
| 15 | 12 | Pastor Maldonado | Williams-Cosworth | 1:26.298 | 1:26.768 | - | 17 |
| 16 | 14 | Adrian Sutil | Force India-Mercedes | 1:26.245 | 1:31.407 | - | 15 |
| 17 | 11 | Rubens Barrichello | Williams-Cosworth | 1:26.270 | - | - | 12 |
| 18 | 9 | Nick Heidfeld | Renault | 1:27.239 | - | - | 10 |
| 19 | 20 | Heikki Kovalainen | Lotus-Renault | 1:29.254 | - | - | 10 |
| 20 | 21 | Jarno Trulli | Lotus-Renault | 1:29.342 | - | - | 12 |
| 21 | 24 | Timo Glock | Virgin-Cosworth | 1:29.858 | - | - | 10 |
| 22 | 25 | Jerome d'Ambrosio | Virgin-Cosworth | 1:30.822 | - | - | 8 |
| 23 | 23 | Vitantonio Liuzzi | HRT-Cosworth | 1:32.978 | - | - | 11 |
| 24 | 22 | Narain Karthikeyan | HRT-Cosworth | 1:34.293 | - | - | 11 |