Vòng đấu loại trực tiếp UEFA Champions League 2011-12 bắt đầu vào ngày 14 tháng 2 năm 2012 và sẽ kết thúc sau trận chung kết ngày 19 tháng 5 năm 2012 tại sân vận động Allianz Arena ở München, Đức. Vòng 1/8 gồm 16 đội xếp thứ nhất và nhì tại vòng bảng.

Màu sắc trong bảng
Hạt giống ở vòng 16 đội
Không phải hạt giống ở vòng 16 đội

Group	Nhất	Nhì
A	Bayern Munich	Napoli
B	Internazionale	CSKA Moscow
C	Benfica	Basel
D	Real Madrid	Lyon
E	Chelsea	Bayer Leverkusen
F	Arsenal	Marseille
G	APOEL	Zenit St. Petersburg
H	Barcelona	Milan

	Vòng 16 đội						Tứ kết						Bán kết						Chung kết
	Marseille (a)	1	1	2
	Internazionale	0	2	2
							Marseille	0	0	0
							Bayern Munich	2	2	4
	Basel	1	0	1
	Bayern Munich	0	7	7
													Bayern Munich	2	1	3(3)
												Real Madrid	1	2	3(1)
	Lyon	1	0	1(3)
	APOEL (p)	0	1	1(4)
							APOEL	0	2	2
							Real Madrid	3	5	8
	CSKA Moscow	1	1	2
	Real Madrid	1	4	5
																		Bayern Munich	1(3)
																			Chelsea	1(4)
	Zenit St. Petersburg	3	0	3
	Benfica	2	2	4
							Benfica	0	1	1
							Chelsea	1	2	3
	Napoli	3	1	4
	Chelsea (s.h.p.)	1	4	5
													Chelsea	1	2	3
												Barcelona	0	2	2
	Milan	4	0	4
	Arsenal	0	3	3
							Milan	0	1	1
							Barcelona	0	3	3
	Bayer Leverkusen	1	1	2
	Barcelona	3	7	10

Các trận đấu lượt đi đã diễn ra ngày 14, 15, 21 và 22 tháng 2, và các trận đấu lượt về đã diễn ra ngày 6, 7, 13 và 14 tháng 3 năm 2011.

Đội 1	TTS	Đội 2	Lượt đi	Lượt về
Lyon	1–1 (3–4p)	APOEL	1–0	0–1 (s.h.p.)
Napoli	4–5	Chelsea	3–1	1–4 (s.h.p.)
Milan	4–3	Arsenal	4–0	0–3
Basel	1–7	Bayern Munich	1–0	0–7
Bayer Leverkusen	2–10	Barcelona	1–3	1–7
CSKA Moscow	2–5	Real Madrid	1–1	1–4
Zenit St. Petersburg	3–4	Benfica	3–2	0–2
Marseille	2–2 (a)	Internazionale	1–0	1–2

---

---

---

---

---

---

---

Milan won 4–3 on aggregate.

---

Benfica won 4–3 on aggregate.

---

1–1 on aggregate. APOEL won 4–3 on penalties.

---

Barcelona won 10–2 on aggregate.

---

2–2 on aggregate. Marseille won on away goals.

---

Bayern Munich won 7–1 on aggregate.

---

Chelsea won 5–4 on aggregate.

---

Real Madrid won 5–2 on aggregate.

The first legs were played on 27 and 28 March, and the second legs were played on 3 and ngày 4 tháng 4 năm 2012.

Đội 1	TTS	Đội 2	Lượt đi	Lượt về
APOEL	2–8	Real Madrid	0–3	2–5
Marseille	0–4	Bayern Munich	0–2	0–2
Benfica	1–3	Chelsea	0–1	1–2
Milan	1–3	Barcelona	0–0	1–3

---

---

---

Bayern Munich won 4–0 on aggregate.

---

Barcelona won 3–1 on aggregate.

---

Real Madrid won 8–2 on aggregate.

---

Chelsea won 3–1 on aggregate.

The first legs were played on 17 and 18 April, and the second legs were played on 24 and ngày 25 tháng 4 năm 2012.

Đội 1	TTS	Đội 2	Lượt đi	Lượt về
Bayern Munich	3–3 (3–1 p)	Real Madrid	2–1	1–2 (s.h.p.)
Chelsea	3–2	Barcelona	1–0	2–2

---

Chelsea won 3–2 on aggregate.

---

3–3 on aggregate. Bayern Munich won 3–1 on penalties.