Jorge Lorenzo legte die schnellste Runde im ersten Freien Training zum Italien Grand Prix unter sommerlichen Bedingungen in Mugello vor. Mit einer 1:48.131 lag der Mallorquiner zunächst 0.518 Sekunden vor seinem engsten Verfolger, Casey Stoner, der sich erst zum Ende der Session nach vorn arbeiten konnte. Teamkollege Dani Pedrosa folgte als Dritter mit weiteren zwei Zehntelsekunden Rückstand.

Nicky Hayden platzierte seine GP12 auf dem vierten Rang und damit vor dem Tech-3-Duo aus Cal Crutchlow und Andrea Dovizioso. Valentino Rossi folgte auf Rang sieben. Der Italiener war der letzte, der innerhalb einer Sekunde mit Lorenzos Bestzeit lag. Hector Barbera folgte auf Platz neun vor Ben Spies und Stefan Bradl. Der Zahlinger komplettierte die Top-10 mit einem Rückstand von 1.307 Sekunden. Alvaro Bautista platzierte sich auf Rang elf.

Randy de Puniet fuhr mit der zwölftschnellsten Zeit die schnellste CRT-Runde. Sein Teamkollege Aleix Espargaro folgte ihm allerdings mit knappem Abstand. Mattia Pasini landete vor Michele Pirro auf Rang 14. Yonny Hernandez, Colin Edwards, Danilo Petrucci, James Ellison und Ivan Silva komplettierten die Zeitenliste.

Espargaro kam schon früh von der Strecke ab, auch Silva machte einen kurzen Ausflug in den Rasen der Kurve zehn. Crutchlow stellte seine Tech 3 Yamaha 15 Minuten vor Sessionende mit technischem Problem ab. Sein Crewchief Daniele Romagnoli erklärte: "Wir wissen nicht genau, was passiert ist. Das Bike hat gestoppt. Wir müssen jetzt herausfinden, ob es ein elektrisches oder mechanisches Problem war." Spies musste sein Training frühzeitig beenden, da sein Airbag in der Kombi aufgegangen war, wodurch der Amerikaner in den Kies kam und stürzte. Bautista stürzte wenige Minuten vor Sessionende in Kurve eins.