Se no primeiro treino livre Lewis Hamilton foi o mais rápido, na segunda sessão foi a vez de Sebastian Vettel dar as cartas. O alemão, líder do campeonato, foi o mais rápido com o tempo de 1m12s720, seguido de Daniel Ricciardo com a RBR, 0s487 atrás do tetracampeão. Na sequência vieram Kimi Raikkonen, marcando 1m13s283, e uma surpreendente dobradinha da STR, com Daniil Kvyat em quarto e Carlos Sainz em quinto. Felipe Massa foi apenas o 13º com a Williams. Vettel foi o primeiro na história a conseguir baixar da casa de 1min13s no atual desenho do Circuito de Mônaco.
A Mercedes aproveitou o treino para fazer uma simulação de corrida, e Lewis Hamilton foi apenas o oitavo, enquanto Valtteri Bottas terminou em décimo. Completando o Top 10, Max Verstappen foi o sexto, Sergio Pérez o sétimo e Kevin Magnussen o nono. Sem guiar um carro de Fórmula 1 desde o GP de Abu Dhabi do ano passado, Jenson Button foi o 12º anotando 1m13s981 com a McLaren, contra 1m13s946 do companheiro de equipe Stoffel Vandoorne, o 11º. Button substitui Fernando Alonso, que vai correr as 500 milhas de Indianápolis neste fim de semana.