Zmienne warunki pogodowe zmusiły większość kierowców do wzmożonej aktywności już od pierwszych minut sesji kwalifikacyjnej do Grand Prix San Marino 2001. Po pierwszej serii okrążeń pomiarowych najszybszy był Rubens Barrichello (Ferrari), drugi był Mika Hakkinen (McLaren), a dopiero czwarty Michael Schumacher (Ferrari), przy czym w serii tej nie brał udziału David Coulthard, gdyż mechanicy z zespołu McLaren dopiero kończyli przygotowywanie bolidu dla Szkota. Po upływie 10 minut Coulthard w końcu wyjechał na tor i okazał się minimalnie szybszy od Barrichello. Kolejny głos należał do Hakkinena i Fin z czasem lepszym o blisko 0.8 sekundy od czasu Szkota znalazł się tymczasowo na pole position, skąd kilka minut później zrzucił go Michael Schumacher. Trzynaście minut przed końcem sesji najszybszy był ponownie Hakkinen, a ostateczne rozstrzygnięcie nastąpiło podczas ostatniej serii okrążeń pomiarowych, która rozpoczęła się trzy minuty przed upływem godziny. Jako pierwszy okrążenie pomiarowe rozpoczął Michael Schumacher, jednak już przed pierwszym zakrętem popełnił błąd podczas hamowania, który kosztował go utratę ponad sekundy. Niemiec miał jeszcze jedno okrążenie pomiarowe do dyspozycji, ale na nim uzyskał tylko trzeci czas. Najszybszy okazał się Coulthard i jemu właśnie przypadnie start z pole position w niedzielnym wyścigu, a na pierwszej linii startowej towarzyszyć mu będzie Hakkinen. Wygląda na to, że zwycięstwo Szkota w poprzednim wyścigu nie było przypadkowe i ta sesja kwalifikacyjna jest tylko potwierdzeniem powrotu do dobrej formy zespołu McLaren. Warto jednak zwrócić uwagę na fakt, iż kierowcy z zespołu Ferrari zdecydwali się na twarde opony, które od miękkich są trochę wolniejsze, ale za to w samym wyścigu powinny wytrzymać większą liczbę okrążeń.

Z drugiej linii startowej wyścig rozpoczną bracia Schumacherowie, przy czym lepszy tym razem okazał się Ralf (Williams), który niemal w ostatniej sekundzie uzyskał lepszy czas od Michaela. Na piątej pozycji zakwalifikował się Jarno Trulli (Jordan), natomiast za nim uplasował się drugi kierowca z zespołu Ferrari – Barrichello. Juan Pablo Montoya (Williams) tym razem nie znalazł się wśród sześciu najszybszych kierowców, którzy uzyskali czasy poniżej jednej minuty i 24 sekund – Kolumbijczyk wyścig rozpocznie z siódmej pozycji, mając ponad sekundę straty do Coultharda.

Olivier Panis (BAR) drugi raz z rzędu uzyskał lepszy rezultat (ósmy czas) od partnera z zespołu – Jacquesa Villeneuve'a. Heinz-Harald Frentzen (Jordan) był wolniejszy od Trullego o blisko sekundę i to wystarczyło zaledwie na dziewiątą pozycję startową. Kimi Raikkonen (Sauber) pierwszy raz zakwalifikował się na wyższej pozycji (dziesiąta) od Nicka Heidfelda i to w dodatku na torze, który Heidfeld zna jeszcze z czasów, kiedy jeździł w Formule 3000, natomiast dla Raikkonena jest to pierwsza wizyta na tym torze. Z pozostałych kierowców na uwagę zasługuje jeszcze Fernando Alonso (Minardi), który uzyskał najwyższą pozycję startową w tym sezonie – 18, bijąc obydwu kierowców ze stajni Benetton.