La sessione di prove libere a Barcellona si è svolta in condizioni di tempo soleggiato. Il primo pilota a scendere in pista è stato Franco Colapinto. Per i primi cinque minuti della sessione c'è stata poca attività, con solo alcuni piloti che hanno iniziato a prepararsi per i loro giri.

Dopo dieci minuti di sessione, solo due piloti erano in pista: Gabriel Bortoleto e Colapinto. Poco dopo si sono aggiunti Pierre Gasly, Nico Hülkenberg, Yuki Tsunoda ed Esteban Ocon. La maggior parte degli altri piloti era ancora nel garage.

A quel punto, la sessione era guidata da Yuki Tsunoda. A 20 minuti dalla fine, Carlos Sainz ha preso il comando per il momento e circa la metà dei piloti era in pista. Al secondo posto c'era Lando Norris, seguito da Liam Lawson in terza posizione. Altri piloti hanno iniziato a scendere in pista, segno che le FP3 stavano iniziando a scaldarsi.

Il tempo più veloce a questo punto è stato l'1:13.941 di Charles Leclerc, mentre il resto del gruppo ha fatto segnare tempi compresi tra l'1:14 e l'1:15. George Russell è passato al comando, con Norris in seconda posizione, facendo scendere Leclerc al terzo posto. L'unico pilota senza tempo è stato Kimi Antonelli.

La maggior parte della griglia ha optato per pneumatici medi, mentre solo pochi hanno scelto la mescola morbida. Max Verstappen è salito al quinto posto, facendo scendere Sainz al sesto. Quando la sessione ha raggiunto la metà, l'azione si è intensificata. Kimi Antonelli è salito al secondo posto, subito dopo il suo compagno di squadra Russell.

A sorpresa, Fernando Alonso è passato al sesto posto, davanti a Verstappen. Il duo della Williams si trovava in ottava e nona posizione. A 20 minuti dalla fine, le posizioni sono rimaste sostanzialmente invariate. Oscar Piastri era al 12° posto dietro a Lance Stroll. Tsunoda è sceso al 15° posto, subito dopo Lawson. La coppia Haas, Ocon e Oliver Bearman, era rispettivamente 17° e 18°. Max Verstappen ha poi preso il comando della sessione.

Lando Norris ha commesso un errore nel suo giro di spinta, finendo largo e uscendo brevemente di pista. A 15 minuti dalla fine, i piloti hanno cambiato gli pneumatici e si sono preparati per gli ultimi giri. Alonso era ora in terza posizione, con Bortoleto e Hülkenberg alle sue spalle. Piastri ha iniziato un giro promettente, facendo segnare il primo settore più veloce. Nel frattempo, Norris si è ripreso la testa della corsa con l'unico tempo in 1:12.

Non è durato a lungo, perché il suo compagno di squadra lo ha rapidamente superato per conquistare il primo posto. Leclerc è salito al terzo posto, mentre Isack Hadjar è passato al quinto. Carlos Sainz ha fatto un giro discreto ma è andato leggermente largo, il che gli è costato qualche decimo e lo ha lasciato al 13° posto.

Negli ultimi cinque minuti della sessione, tutto era in gioco. Alex Albon era 19° e doveva migliorare. Verstappen ha tentato un'altra spinta ma non è riuscito a migliorare il suo tempo, rimanendo quinto. Hadjar è stato uno dei primi a passare la bandiera a scacchi ed è rimasto in sesta posizione. Molti piloti non sono riusciti a migliorarsi, lasciando i primi tre posti a Piastri, Norris e Leclerc.