La moyenne au bâton de Molina passe de ,262 en 2010 à ,305 en 2011. Il atteint de nouveaux sommets en carrière avec 145 coups sûrs, 14 circuits et 65 points produits. Il frappe pour ,333 en Série de championnat de la Ligue nationale contre Milwaukee et s'illustre particulièrement en Série mondiale 2011 avec ,333 de moyenne et 9 points produits en 7 matchs face aux Rangers du Texas. Il fait partie d'une seconde équipe des Cardinals championne de la Série mondiale.