MotoGP第7戦サンマリノGPの予選がイタリアのミサノ・ワールド・サーキット・マルコ・シモンチェリで行われ、MotoGPクラスはマーベリック・ビニャーレス（モンスターエナジー・ヤマハMotoGP）がオールタイムラップ・レコードを更新するタイムでポールポジションを獲得。さらにヤマハ勢が4番手までを占めた。中上貴晶（LCRホンダ・イデミツ）はQ2進出ならず、14番グリッドから決勝レースを迎える。
フリー走行3回目前には、カル・クラッチロー（LCRホンダ・カストロール）のサンマリノGP欠場が発表された。土曜日朝のメディカルチェックにより、先週末に手術を受けた右腕の経過がよくないことが確認されたためである。
セッションは気温27度、路面温度32度のドライコンディションでスタート。序盤はファビオ・クアルタラロ（ペトロナス・ヤマハSRT）がトップタイムをマークし、2番手にマーベリック・ビニャーレス（モンスターエナジー・ヤマハMotoGP）、3番手にフランコ・モルビデリ（ペトロナス・ヤマハSRT）、さらに5番手にバレンティーノ・ロッシ（モンスターエナジー・ヤマハMotoGP）とヤマハ勢が上位を占める。
セッション残り時間15分、ビニャーレスが、残り時間10分でジャック・ミラー（プラマック・レーシング）がトップタイムをマーク。さらにフランセスコ・バニャイア（プラマック・レーシング）が2番手に浮上。ドゥカティのマシンを駆るプラマック・レーシングのライダーふたりがワン・ツーにつける状況で、各ライダーが予選Q2へのダイレクト進出に向けたアタックが始まった。
残り時間3分、クアルタラロが1分31秒961をマーク。トップに浮上するも、その後、ビニャーレスがクアルタラロのタイムを更新してトップに立つ。しかし、さらにこのタイムを上回ったのがロッシだった。ロッシはビニャーレスのタイムを0.075秒更新して1分31秒861を記録。フリー走行3回目をトップで終えた。
2番手にビニャーレス、3番手にクアルタラロが続いてトップ3をヤマハ勢が席巻。4番手にはミラーがつけたが、ミラーは残り時間5分、16コーナーでクラッシュを喫している。終盤はミラーだけではなく転倒が相次ぎ、ポル・エスパルガロ（レッドブル・KTM・ファクトリーレーシング）なども13コーナーでクラッシュを喫して13番手に終わった。
5番手はアレックス・リンス（チーム・スズキ・エクスター）、6番手はジョアン・ミル（チーム・スズキ・エクスター）のスズキ勢。中上貴晶（LCRホンダ・イデミツ）は終盤にタイムを更新できず、14番手でQ1から予選に挑むことになった。
フリー走行4回目では、クアルタラロがトップタイムをマーク。2番手にはビニャーレスがつけ、3番手にバニャイアが続いた。フリー走行3回目終盤で転倒を喫したエスパルガロ弟は4番手、5番手がリンス。フリー走行3回目でトップだったロッシは8番手。中上はセッション中盤まで5番手、6番手付近につけていたが、最終的に11番手だった。
■予選：ビニャーレスが今季2度目のポールポジションを獲得
予選Q1は気温29度、路面温度42度のドライコンディションで行われた。このセッションから予選に臨むのは、中上、エスパルガロ弟、前戦ウイナーのミゲール・オリベイラ（レッドブルKTMテック3）など11名のライダーである。
最初のアタックでトップに立ったのは、エスパルガロ弟。2番手には兄のアレイシ・エスパルガロが続く。中上は序盤、6番手タイムで、2回目のアタックに向かう。
2回目のアタックでも、エスパルガロ弟がタイムを更新してトップをキープ。残り時間1分を切るころには、オリベイラがエスパルガロ弟から0.148秒差の2番手に浮上してKTMライダーふたりがQ2進出圏内につける。
中上は最後のアタックでタイムを詰めたが、4番手にとどまり、明日の決勝レースは14番グリッドから迎える。Q2に進んだのはセッション序盤からトップを守ったエスパルガロ弟と2回目のアタックでタイムを短縮したオリベイラだった。
続いて行われた予選Q2。序盤にトップに立ったのはビニャーレス。しかしそのタイムをロッシ、さらにクアルタラロが更新。1回目のアタックを終え、トップはクアルタラロ。2番手がロッシ、3番手にモルビデリが続く状況だ。
2回目のアタックに入ると、ビニャーレスがクアルタラロのタイムを0.004秒更新。再びトップに浮上する。ビニャーレスはここで再びピットイン。マシンを乗り替えると3回目のアタックに向かう。15分で行われる予選では通常、ピットインを1回行って適宜タイヤを替え、2回のアタックを行うところだが、ビニャーレスは変則的な作戦を展開する。
残り時間1分を切って、トップは依然としてビニャーレス。ビニャーレスは最後のアタックでさらにタイムを詰め、1分31秒411を叩き出す。このタイムは2018年にホルヘ・ロレンソが記録した、オールタイムラップ・レコードを更新するもの。ビニャーレスが2020年シーズン2度目となるポールポジションを獲得した。
2番手はやはり最後のアタックでタイムを更新したモルビデリ。3番手にはクアルタラロ、さらに4番手はフリー走行3回目でトップタイムだったロッシが続き、フロントロウ、そしてポールポジションから4番手までをヤマハ勢が席巻する結果となった。
5番手はミラー、6番手にはバニャイアというドゥカティを駆るプラマック・レーシングのふたり。Q1からQ2に進出したエスパルガロ弟、オリベイラは、エスパルガロ弟がセッション序盤に15コーナーで転倒を喫したこともあり、11番手、12番手にとどまった。
また、中上、アレックス・マルケス（レプソル・ホンダ・チーム）がQ2進出を逃し、ホンダ勢は12番グリッドまでに並ぶことができなかった。
