Max Verstappen, de Red Bull y ganador del año pasado, se clasificó tercero con el mismo tiempo que George Russell, de Mercedes, que saldrá cuarto el domingo porque el campeón vigente terminó su vuelta primero.
Piastri había liderado la tanda final con una vuelta de un minuto y 11,836 segundos, pero Norris aprovechó entonces un remolque aerodinámico para ir más rápido por 0,017.
Norris, ganador en Mónaco el pasado domingo para recortar la distancia con el líder a tres puntos, solo pudo mejorar su tiempo hasta 1:11.755 antes de que Piastri se hiciera con la pole con un último esfuerzo de 1:11.546 en el Circuit de Catalunya.
La pole fue la cuarta del australiano en nueve carreras en lo que va de temporada.
“No ha sido la vuelta perfecta, pero creo que aquí, con los neumáticos que se desinflan tanto durante la vuelta, es muy difícil hacerlo”, dijo Piastri.
El siete veces campeón del mundo Lewis Hamilton se clasificó quinto para Ferrari, con el debutante de Mercedes Kimi Antonelli sexto.
Charles Leclerc fue séptimo para Ferrari, dando solo una vuelta rápida, con Pierre Gasly de Alpine octavo e Isack Hadjar noveno para Racing Bulls.
El doble campeón del mundo español Fernando Alonso completó el top 10 para Aston Martin ante su público.
Por otra parte, después de los problemas que había tenido en las prácticas del viernes en el motor, Franco Colapinto tuvo su mejor actuación del fin de semana en la qualy, pero por una dificultad en el auto no pudo pasar a la Q2 y largará en el puesto 19° el domingo.
El argentino demostró una gran progresión desde el último entrenamiento libre, que confirmó en las dos vueltas de la clasificación en el trazado de Barcelona, la última con un tiempo de 1:13.334.
Sin embargo, cuando se disponía a salir a su última vuelta, faltando dos minutos para la finalización de la Q1, su Alpine tuvo inconvenientes en el embrague que le privaron salir a pista y meterse en la Q2.