O heptacampeão mundial, atualmente distante em terceiro lugar na classificação geral, travou as rodas e foi parar nas barreiras na última curva.
Hamilton conseguiu dar ré e tentou levar a Ferrari danificada de volta aos boxes por praticamente uma volta inteira, ignorando as instruções da equipe para parar.
O britânico acabou parando, com a asa dianteira ainda presa sob o carro, que também estava com o pneu dianteiro direito furado. "Pare o carro. Pare no local mais seguro possível," ele já havia sido orientado.
"Se eu conseguir voltar, vou voltar. Se não, vou parar com segurança," respondeu Hamilton, que retornou aos boxes na garupa de uma moto após estacionar o carro.
A sessão foi interrompida com bandeira vermelha e o cronômetro ficou parado temporariamente para reparos nas barreiras, restando 15 minutos para o fim.
Quando a sessão recomeçou, Antonelli tirou Charles Leclerc, da Ferrari, do topo da tabela de tempos com 1min32s797, 0s166 mais rápido que o monegasco.
Antonelli tem 66 pontos de vantagem sobre o companheiro de equipe e principal rival George Russell após 13 etapas.
Bearman, da Haas, provocou nova bandeira vermelha no minuto final ao rodar e bater de traseira nas barreiras na curva 11, na aproximação da La Monumental, a curva inclinada mais famosa do circuito.
Oscar Piastri, da McLaren, foi o terceiro mais rápido, à frente do atual campeão e companheiro de equipe Lando Norris, com Max Verstappen, da Red Bull, em quinto e Russell em sexto.
Liam Lawson, da Red Bull, e Nico Hulkenberg, da Audi, ficaram em sétimo e oitavo, com Hamilton em nono e Gabriel Bortoleto, da Audi, fechando o top 10.
A classificação aconteceu duas horas depois e será fundamental para a corrida de domingo, já que as ultrapassagens devem ser difíceis em um traçado desafiador que, segundo Russell disse na sexta-feira, tem menos margem para erro do que Mônaco por causa dos muros próximos, mas velocidades mais altas.
"Ninguém realmente sabe o que esperar. A sessão foi apertada. É questão de encaixar uma volta sem erros e sem tráfego," disse o chefe da Mercedes, Toto Wolff.