Vòng loại khu vực châu Âu được phân tính như sau:[2]
Vòng 1 (vòng bảng): 52 đội tham dự chia làm 9 bảng (7 bảng đầu có 6 đội và 2 bảng cuối có 5 đội) thi đấu vòng tròn tính điểm, lấy đội dẫn đầu mỗi bảng giành quyền tham dự Giải vô địch bóng đá thế giới 2018, và 8 đội nhì bảng thành tích cao nhất tiến vào vòng 2 (vòng vé vớt).
Vòng 2 (vòng vé vớt): 8 đội nhì bảng thành tích cao nhất được chia làm 8 cặp đấu lượt đi - lượt về thi đấu theo thể thức sân nhà - sân khách để chọn ra 4 suất còn lại tham dự Giải vô địch bóng đá thế giới 2018.
Lễ bốc thăm cho vòng 1 (vòng bảng) đã tổ chức như phần của bốc thăm vòng sơ loại giải vô địch bóng đá thế giới 2018 vào ngày 25 tháng 7 năm 2015, bắt đầu lúc 18:00 MSK (UTC+3), tại Cung điện Konstantinovsky ở Strelna, Sankt-Peterburg, Nga.[3][4]
Các hạt giống dựa theo bảng xếp hạng thế giới FIFA của tháng 7 năm 2015. 52 đội tuyển được hạt giống thành 6 nhóm:
Nhóm 1 có chứa các đội được xếp hạng 1–9.
Nhóm 2 có chứa các đội được xếp hạng 10–18.
Nhóm 3 có chứa các đội được xếp hạng 19–27.
Nhóm 4 có chứa các đội được xếp hạng 28–36.
Nhóm 5 có chứa các đội được xếp hạng 37–45.
Nhóm 6 có chứa các đội được xếp hạng 46–52.
Mỗi bảng 6 đội có một đội từ mỗi đội 6 nhóm, trong khi mỗi bảng 5 đội có một đội từ mỗi đội 5 nhóm đầu tiên.[3]
Do tập trung bản quyền phương tiện cho vòng loại châu Âu, Anh, Pháp, Đức, Ý, Tây Ban Nha và Hà Lan đã được tất cả rút thăm thành các bảng 6 đội. Hà Lan và Pháp đã được rút thăm cùng nhau trong bảng A, và Tây Ban Nha và Ý đã được rút thăm cùng nhau trong bảng G.[3]
Để xem xét tình huống chính trị khó khăn của các quan hệ giữa Armenia và Azerbaijan, UEFA đã yêu cầu rằng FIFA duy trì chính sách của UEFA hiện tại không được rút thăm các đội này thành cùng nhóm vòng loại (vì là hai đội đã cùng nhóm hạt giống, điều này sẽ không có xảy ra bất kể yêu cầu).[3]
Các đội đã được phân bổ cho các nhóm hạt giống như sau (Tháng 7 năm 2015 bảng xếp hạng FIFA hiển thị trong cột thứ hai; các đội tuyển quốc gia cuối cùng được vượt qua vòng loại cho giải đấu chung kết được trình bày ở dạng chữ đậm).[5]
Các hiệp hội bóng đá của Gibraltar và Kosovo đã trở thành thành viên của FIFA sau lễ bốc thăm nhưng trước khi bất cứ trận đấu nào đã được diễn ra. Khi cả hai hiệp hội đã trở thành đủ điều kiện để tham gia trong vòng loại giải vô địch bóng đá thế giới 2018 vào ngày 9 tháng 6 năm 2016, UEFA và FIFA đã quyết định rằng Gibraltar sẽ gia nhập bảng H và Kosovo sẽ gia nhập bảng I, những bảng khi đó chỉ có 5 đội. Ngoài ra, UEFA đã quyết định rằng Kosovo không thể thi đấu với Bosna và Hercegovina hoặc Serbia vì lý do an ninh, do tình trạng chính trị bất ổn Kosovo.[6][7][8] Gibraltar và Tây Ban Nha trước đó đã bị UEFA không cho phép vào cùng bảng tại vòng loại giải vô địch bóng đá châu Âu 2016 do tình trạng tranh chấp của Gibraltar.[9]
Tại thời điểm của bốc thăm, các bảng H và I đã có một đội ít hơn so với các bảng khác vì vậy chúng tôi đã quyết định rằng trận đấu với đội xếp thứ cuối cùng trong mỗi bảng 6 đội sẽ không bao gồm trong bảng xếp hạng các đội xếp hạng nhì. Ngay cả sau khi cho phép Kosovo và Gibraltar, và với tất cả các bảng hiện tại có chứa 6 đội, quy tắc này đã không thay đổi và trận đấu với đội xếp hạng 6 trong tất cả các bảng vẫn còn bị loại.[11] Kết quả là chỉ có 8 trận đấu được diễn ra bởi mỗi đội sẽ được tính trong bảng xếp thứ 2.
8 đội xếp nhì bảng tốt nhất được xác định bởi các thông số sau đây, theo thứ tự này:[12]
Nguồn: FIFA Quy tắc xếp hạng: Chỉ tính các trận đấu với các đội xếp thứ nhất đến thứ năm trong bảng, 1) Điểm; 2) Hiệu số; 3) Bàn thắng ghi được; 4) Điểm giải phong cách; 5) Bốc thăm nhiều.[13][12]
Lễ bốc thăm cho vòng 2 (vòng play-off) được tổ chức vào ngày 17 tháng 10 năm 2017, lúc 14:00 CEST (UTC+2), tại trụ sở FIFA ở Zürich, Thụy Sĩ.[14] 8 đội được chọn là hạt giống bởi bảng xếp hạng thế giới FIFA được công bố vào ngày 16 tháng 10 năm 2017, có 4 đội hàng đầu trong nhóm 1, và 4 đội còn lại trong nhóm 2. Các đội từ nhóm 1 thi đấu với các đội từ nhóm 2 trên căn cứ sân nhà và sân khách, có thứ tự của các lượt được quyết định bởi bốc thăm.
Lượt đi được diễn ra vào ngày 9–11 tháng 11, và lượt về được diễn ra vào ngày 12–14 tháng 11 năm 2017. Các đội thắng của mỗi trận đấu vượt qua vòng loại cho Giải vô địch bóng đá thế giới.
UEFA đã tiết lộ việc xây dựng thương hiệu cho vòng loại vào ngày 15 tháng 4 năm 2013. Nó cho thấy một chiếc áo quốc gia bên trong trái tim, và đại diện cho châu Âu, danh dự và tham vọng. Nhãn hiệu tương tự cũng được sử dụng cho vòng loại châu Âu cho Giải vô địch bóng đá châu Âu 2016.[15]