Čech a jucat în prima etapă de campionat din sezonul 2011-2012 într-o partidă a lui Chelsea cu Stoke City, care s-a încheiat cu o remiză, scor 0-0. La 18 august 2011, Čech s-a accidentat la genunchi în timpul antrenamentului și a lipsit pentru patru săptămâni. El s-a întors după trei etape în victoria împotriva lui Sunderland, meci câștigat de Chelsea cu 2-1. Nu a primit gol în primul meci din grupele Ligii Campionilor câștigat de Chelsea cu 2-0 asupra lui Bayer Leverkusen. La 27 februarie, Čech a fost numit drept cel mai bun fotbalist ceh al anului 2011, câștigând premiul pentru a cincea oară. La 24 martie, Čech a jucat în cel de-al 250-lea meci de campionat pentru Chelsea împotriva lui Tottenham Hotspur într-o remiză scor 0-0 pe Stamford Bridge. Čech a parat un penalty executat de fostul său coechipier Arjen Robben în prelungirile partidei cu Bayern München. După 120 de minute scorul era egal, 1-1, astfel că meciul s-a decis la loviturile de departajare. Čech a apărat două penaltiuri în finala Ligii Campionilor, câștigată de Chelsea cu 4-3. Čech a fost numit Omul Meciului după meciul bun făcut în poarta "albaștrilor". Prin câștigarea Ligii Campionilor, Čech a devenit doar al patrulea ceh care a câștigat competiția. El a terminat sezonul semnând unui nou contract pe patru ani cu Chelsea în luna mai, păstrându-l la club până la sfârșitul sezonului 2015-2016.