Bei den aufgrund der COVID-19-Pandemie um eine Jahr verschobenen Olympischen Sommerspielen in Tokio trat Bencic im Einzel und Damendoppel (gemeinsam mit Viktorija Golubic) an. Im Einzel erreichte sie das Finale, das sie in drei Sätzen gegen Markéta Vondroušová für sich entschied (7:5, 2:6, 6:3). Sie ist die erste Schweizerin, die im Dameneinzel olympisches Gold gewinnen konnte. Auch im Doppel erreichte Bencic das Finale.