Čech comenzó la temporada 2011-12 con el Chelsea visitando al Stoke City, el cual terminó en un empate a cero. El 18 de agosto de 2011, Čech fue descartado del equipo por cuatro semanas debido a una lesión en la rodilla durante el entrenamiento. Hizo su reaparición tres semanas después contra el Sunderland, en donde el Chelsea ganó por 2-1. Mantuvo su portería imbatida en el primer partido del Chelsea en la Liga de Campeones frente al Bayer Leverkusen, ganando por 2-0. El 27 de febrero de 2012, Čech fue elegido como el , obteniendo este galardón por quinta vez en su carrera. El 24 de marzo, Čech jugó su partido de liga número 250 con el Chelsea, cuando empataron a cero contra el Tottenham en Stamford Bridge. Čech salvó un penal en tiempo extra y dos penales en la tanda de penales durante la final de la Liga de Campeones contra el Bayern de Múnich, ayudando al equipo a ganar su primera Liga de Campeones en su historia. Čech fue elegido el "Jugador del Partido" por los aficionados luego de su heroico desempeño en la portería con los "blues". Al ganar la Liga de Campeones, Čech se convirtió en el cuarto futbolista checo en lograrlo. Čech terminó la temporada firmando un contrato de 4 años con el Chelsea en mayo, manteniéndose en el club hasta el año 2016.