Hamilton emergió como el piloto más rápido en la segunda sesión de práctica del Gran Premio de España, derrotando por poco a Carlos Sainz de Ferrari para reclamar el primer lugar. El piloto británico, que ha tenido dificultades para convertir sus fuertes actuaciones en prácticas en resultados de carrera reales recientemente, registró un tiempo de 1:13.264s al principio para tomar la delantera. La sesión, al igual que la primera práctica, se llevó a cabo bajo cielos despejados, lo que permitió a los equipos con mejoras recopilar más datos. Sainz inicialmente encabezó la tabla de tiempos en su país natal, con su compañero Charles Leclerc muy cerca en tercer lugar. Sin embargo, Hamilton respondió rápidamente con una vuelta que fue 0.033s más rápida que la de Sainz, asegurando el tiempo más rápido en general. Sainz se mantuvo como el piloto principal de Ferrari en segundo lugar, mientras que Lando Norris mantuvo su buena forma al terminar en tercer lugar, apenas 0.055s detrás de Hamilton. Pierre Gasly sorprendió con un cuarto lugar para el equipo emergente Alpine, con su compañero Esteban Ocon también desempeñándose bien en noveno lugar. Max Verstappen, quien había minimizado las expectativas de dominio de Red Bull, terminó quinto, 0.240s detrás del líder. Oscar Piastri mantuvo el ritmo de Norris hasta el sector final y terminó en séptimo lugar, mientras que George Russell finalizó octavo, 0.458s detrás de Hamilton. Sauber, el único equipo que aún no ha puntuado esta temporada, recibió un pequeño impulso con Valtteri Bottas terminando décimo en la sesión. Los dos coches de Haas estuvieron a menos de ocho décimas de segundo del ritmo de Hamilton, pero ni Kevin Magnussen ni Nico Hulkenberg lograron entrar en el top 10. Sergio Pérez, buscando recuperarse de una racha difícil, encontró otro contratiempo ya que su tiempo, publicado después de sus rivales, lo colocó en 13º. El rendimiento de Aston Martin fue poco notable, con el favorito local Fernando Alonso terminando 14º y su compañero Lance Stroll cuatro posiciones detrás. La historia fue similar en Red Bull, con Yuki Tsunoda y Daniel Ricciardo terminando 15º y 16º, respectivamente, y Zhou Guanyu de Sauber en 17º. Williams esperaba un rendimiento débil, y Alex Albon y Logan Sargeant terminaron la sesión con los tiempos más lentos.