Dans des conditions variantes comme en avant-midi, c’est cette fois-ci Michael Schumacher (Mercedes) qui a réussi le meilleur temps de la 2e séance d’essais libres du Grand Prix d’Australie. Nico Hulkenberg qui fait un retour en Formule 1 cette année avec Force India a obtenu le 2e temps. Il est suivi par Sergio Perez (Sauber) et Fernando Alonso (Ferrari). Les pilotes Red Bull (Sebastian Vettel et Mark Webber) ont fait respectivement le 10e et le 11e temps de cette séance. Kimi Raikkonen (Lotus) est 18e.
| 1 | 7 | Michael Schumacher | Mercedes | 1:29.183 | 16 | |
| 2 | 12 | Nico Hulkenberg | Force India-Mercedes | 1:29.292 | 0.109 | 19 |
| 3 | 15 | Sergio Perez | Sauber-Ferrari | 1:30.199 | 1.016 | 23 |
| 4 | 5 | Fernando Alonso | Ferrari | 1:30.341 | 1.158 | 13 |
| 5 | 14 | Kamui Kobayashi | Sauber-Ferrari | 1:30.709 | 1.526 | 14 |
| 6 | 11 | Paul di Resta | Force India-Mercedes | 1:31.466 | 2.283 | 13 |
| 7 | 6 | Felipe Massa | Ferrari | 1:31.505 | 2.322 | 14 |
| 8 | 20 | Heikki Kovalainen | Caterham-Renault | 1:31.932 | 2.749 | 16 |
| 9 | 8 | Nico Rosberg | Mercedes | 1:32.184 | 3.001 | 17 |
| 10 | 1 | Sebastian Vettel | Red Bull Racing-Renault | 1:32.194 | 3.011 | 19 |
| 11 | 2 | Mark Webber | Red Bull Racing-Renault | 1:32.296 | 3.113 | 20 |
| 12 | 24 | Timo Glock | Marussia-Cosworth | 1:32.632 | 3.449 | 17 |
| 13 | 21 | Vitaly Petrov | Caterham-Renault | 1:32.767 | 3.584 | 15 |
| 14 | 10 | Romain Grosjean | Lotus-Renault | 1:32.822 | 3.639 | 11 |
| 15 | 3 | Jenson Button | McLaren-Mercedes | 1:33.039 | 3.856 | 18 |
| 16 | 4 | Lewis Hamilton | McLaren-Mercedes | 1:33.252 | 4.069 | 11 |
| 17 | 18 | Pastor Maldonado | Williams-Renault | 1:34.108 | 4.925 | 21 |
| 18 | 9 | Kimi Räikkönen | Lotus-Renault | 1:34.275 | 5.092 | 7 |
| 19 | 19 | Bruno Senna | Williams-Renault | 1:34.312 | 5.129 | 17 |
| 20 | 17 | Jean-Eric Vergne | STR-Ferrari | 1:34.485 | 5.302 | 29 |
| 21 | 16 | Daniel Ricciardo | STR-Ferrari | 1:34.604 | 5.421 | 31 |
| 22 | 25 | Charles Pic | Marussia-Cosworth | 1:34.770 | 5.587 | 13 |
| 23 | 23 | Narain Karthikeyan | HRT-Cosworth | 1:42.627 | 13.444 | 16 |
| 24 | 22 | Pedro de la Rosa | HRT-Cosworth | No time | 1 |