Essendo vice-campione d'Inghilterra, il Chelsea accede direttamente alla fase a gironi di UEFA Champions League, venendo sorteggiato assieme a Valencia, Bayer Leverkusen e Genk. Gli inglesi si qualificano agli ottavi di finale come primi nel Gruppo E, avendo ottenuto una vittoria interna (2-0) e una sconfitta esterna (2-1) contro i tedeschi, un pareggio esterno (1-1) e una vittoria interna (3-0) contro gli spagnoli, una vittoria interna (5-0) e un pareggio esterno (1-1) contro i belgi: nel sorteggio del 16 dicembre 2011, i "Blues" sono abbinati per il turno successivo con gli italiani del Napoli. L'andata contro i partenopei, il 21 febbraio 2012, è stata persa 3-1. Il 14 marzo i londinesi riescono, nella gara di ritorno, a ribaltare il risultato, vincendo 4-1 dopo i tempi supplementari, aggiudicandosi così l'accesso ai quarti di finale contro i portoghesi del Benfica il 27 marzo e 4 aprile. I "Blues" mettono un'ipoteca sulla semifinale con una vittoria per 1-0 fuori casa all'andata, seguita dalla vittoria per 2-1 al ritorno. In semifinale incontrano il Barcellona campione in carica il 18 aprile, partita finita 1-0 a favore del Chelsea, il ritorno si gioca il 24 dove il Chelsea si aggiudica la finale con un pareggio per 2-2, alla quale mancheranno però pedine importanti come Terry (espulso durante la semifinale), Ivanovic, Ramires e Meireles (diffidati e ammoniti in semifinale). La finale contro il Bayern Monaco li vede in svantaggio all'83' grazie ad un gol di Müller al quale però Drogba risponde dopo 5'. Ai supplementari Čech para un rigore a Robben e il Chelsea si aggiudica la sua prima Champions della storia ai rigori, con gli errori di Mata, Olić e Schweinsteiger.