Den 29-årige kørte den 5,4 km lange Sakhir-ørkenbane i tiden 01:30.824 sekunder, 0.141 foran Aston Martins Fernando Alonso med Red Bulls regerende mester og løbets favorit Max Verstappen 0.238 sekunder efter på tredjepladsen.

Kevin Magnussen blev 14. hurtigst i den omdiskuterede Haas-bil i tiden 1:31.671.

Verstappen, hans mexicanske holdkammerat Sergio Perez, Alonso og Mercedes-raceren Lewis Hamilton skiftedes alle til at ligge i toppen, før Sainz satte sin sidste flyvende omgang ind.

Charles Leclerc i den anden Ferrari var nummer fire foran McLarens Lando Norris og George Russell i Mercedes. Australske Oscar Piastri sluttede træningen på syvendepladsen foran Perez, Haas-køreren Nico Hulkenberg og Aston Martins Lance Stroll, som rundede top 10 af. De 14 bedste kørere var alle inden for et sekund af hinanden.

Fredagens træningstider dæmpede frygten for en walkover af Verstappen og Red Bull og gav håb om en kamp mellem flere hold om pole, især efter at RB's Daniel Ricciardo satte tempoet i torsdagens indledende træning. Hamilton førte George Russell i en et-to i den anden træning.

Bahrains Grand Prix markerer starten på en rekordsæson med 24 løb i Formel 1.

Løbet og den efterfølgende runde i Jeddah i Saudi-Arabien en uge senere afholdes på en lørdag for at give de mellemøstlige kongedømmer mulighed for at afholde løb inden ramadanens begyndelse.