Vettel musste sich in São Paulo trotz eines frühen Ausscheidens von Formel-1-Weltmeister Lewis Hamilton mit Platz zwei zufrieden geben. Der Deutsche war auf dem Kurs in Interlagos 38 Tausendstelsekunden langsamer als Bottas.
Dritter wurde Kimi Räikkönen im zweiten Ferrari. Startplatz vier ging an Max Verstappen.
Stoffel Vandoorne beendete das Qualifying als 13., weil aber Daniel Ricciardo strafversetzt wurde, geht er als Zwölfter ins Rennen.
Hamilton war 13 Tage nach dem vorzeitigen Gewinn seines vierten WM-Titels nach einem Fahrfehler in der Aufwärmrunde zu Beginn der Qualifikation ausgeschieden.
Das Rennen in Brasilien startet am Sonntag um 17 Uhr MEZ.
dpa/Stephan Pesch