In doppio, la ceca vince il titolo nº10 in carriera al Gippsalnd Trophy di Melbourne assieme a Barbora Krejčíková, battendo in finale le sorelle Chan. In seguito, le due ceche ottengono la loro prima finale assieme all'Australian Open, dove si arrendono a Mertens/Sabalenka in due set. Barbora e Kateřina centrano a Madrid il secondo titolo stagionale, lasciando 7 giochi a Schuurs/Dabrowski nell'ultimo atto. Dopo i quarti a Roma, si presentano al Roland Garros da teste di serie nº2: Krejčíková e Siniaková trionfano nello slam parigino, superando Mattek-Sands/Świątek per 6-4 6-2. Per le ceche è il terzo successo slam, il secondo a Parigi. Grazie ad esso, Kateřina torna al nº2 del mondo della specialità dopo 2 anni. A Wimbledon, la coppia ceca si ferma ai quarti di finale, battuta dal duo russo Vesnina/Kudermetova in tre set. Le vincitrici del Roland Garros sono poi chiamate dalla Repubblica Ceca per disputare il torneo olimpico di doppio: da teste di serie nº1, Krejčíková/Siniaková raggiungono la finale per l'oro, battendo Hsieh/Hsu (6-2 6-1), Badosa/Sorribes Tormo (6-2 5-7 [10-5]), Sanders/Barty (3-6 6-4 [10-7]) e le russe Kudermetova/Vesnina in semifinale (6-3 3-6 [10-7]). Nell'ultimo atto, le ceche superano Golubic/Bencic per 7-5 6-1, conquistando la medaglia d'oro; per la Repubblica Ceca è il primo oro olimpico nella storia del doppio femminile, dopo due argenti e un bronzo (e un altro argento come Cecoslovacchia nel 1988).