Pilotul în vârstă de 19 ani a fost cu 0,222 secunde mai rapid decât coechipierul și liderul campionatului, George Russell, care a asigurat blocarea primei linii de către Mercedes, după ce a trecut printr-un moment dificil din cauza unor probleme tehnice.
CITEȘTE ȘI: George Russell de la Mercedes câștigă cursa sprint la Marele Premiu al Chinei
Lewis Hamilton, acum la Ferrari, a fost al treilea ca timp.
Antonelli era deja cel mai tânăr poleman din orice format de calificări, după ce s-a impus la sesiunea de calificări pentru sprint-ul de la Miami din sezonul trecut. La Shanghai el a pulverizat recordul lui Sebastian Vettel pentru un Grand Prix propriu-zis, record pe care germanul îl stabilise la vârsta de 21 de ani, în 2008.
"A fost o sesiune destul de curată, sunt foarte mulțumit", a declarat Antonelli.
"L-am văzut pe el (n.r. Russell) că are o problemă și am încercat să rămân concentrat, să fiu calm și să scot un tur bun."
Russell a reușit să completeze un singur tur de pistă după ce mașina sa s-a oprit pe circuit în faza finală a calificărilor, pilotul britanic reclamând la radio că nu are baterie și că nu poate schimba vitezele.
Acesta a reușit să repornească mașina și s-a întors la boxe, unde mecanicienii au lucrat în ritm alert pentru a-l readuce pe pistă înainte de fluturarea drapelului cu carouri.
"A fost cu siguranță o limitare a pagubelor", a spus Russell, care câștigase mai devreme sprint-ul și se află cu 11 puncte în fruntea clasamentului.
"În Q2 s-a rupt aripa față, ne tot frământam cu asta. Apoi am ieșit în Q3, mașina s-a oprit pe pistă, nu reporneam, nu puteam schimba viteza. La ultimul tur nu aveam baterie, nu aveam temperatură în anvelope, nu aveam nimic. Dar echipa a făcut o treabă extraordinară ca să ajungem în această poziție — ar fi putut fi mult mai rău."
Charles Leclerc de la Ferrari s-a calificat pe locul patru, în timp ce McLaren-urile lui Oscar Piastri și ale campionului en-titre Lando Norris au ocupat pozițiile cinci și șase.
Pierre Gasly s-a calificat pe șapte pentru Alpine, echipă deținută de Renault, în timp ce cvadrupl campion mondial Max Verstappen a obținut locul opt pentru Red Bull, iar noul său coechipier, Isack Hadjar, s-a calificat pe nouă.
Oliver Bearman a completat primii zece la volanul Haas-ului propulsat de Ferrari.
Echipele Williams, Aston Martin și noua venită Cadillac au ratat trecerea în faza a doua a calificărilor.
Finlandezul cu experiență Valtteri Bottas de la Cadillac s-a calificat înaintea lui Lance Stroll de la Aston Martin, în timp ce Williams continuă să se confrunte cu o mașină prea grea.
"Teribil!" a strigat de frustrare pilotul Williams, Alex Albon, la radio, după ce s-a calificat pe locul 18.