2023–24年歐洲冠軍聯賽淘汰賽在2024年2月13日展開十六強賽事，並於6月1日在英格蘭倫敦溫布利球場舉行決賽，以決出2023–24年歐洲冠軍聯賽冠軍。^[1] 一共有 16 支球隊在淘汰賽階段參與角逐。^[2]

所有時間均為歐洲中部時間 (CET) 或歐洲中部夏令時間 (CEST)。^{[註 1]}假如與當地時間不同，會額外顯示於括號內。

淘汰賽有 16 支球隊參與，他們都是從分組賽晉級的八個小組首名和次名球隊。

小組	首名 （十六強抽籤種子隊）	次名 （十六強抽籤非種子隊）
A	拜仁慕尼黑	哥本哈根
B	阿仙奴	PSV燕豪芬
C	皇家馬德里	拿玻里
D	皇家蘇斯達	國際米蘭
E	馬德里體育會	拉素
F	多蒙特	巴黎聖日耳門
G	曼城	RB萊比錫
H	巴塞隆拿	波圖

本屆淘汰賽賽程如下（所有抽籤儀式於瑞士尼翁的歐洲足協總部舉行）。^[1]

圈數	抽籤日期	首回合	次回合
十六強	2023年12月18日，12:00	2024年2月13–14日、20–21日	2024年3月5–6日、12–13日
半準決賽	2024年3月15日，12:00	2024年4月9–10日	2024年4月16–17日
準決賽		2024年4月30日–5月1日	2024年5月7–8日
決賽		2024年6月1日 於倫敦，溫布利球場

	十六強						半準決賽						準決賽						決賽
	國際米蘭	1	1	2 (2)
	馬德里體育會（点）	0	2	2 (3)
							馬德里體育會	2	2	4
							多蒙特	1	4	5
	PSV燕豪芬	1	0	1
	多蒙特	1	2	3
													多蒙特	1	1	2
													巴黎聖日耳門	0	0	0
	巴黎聖日耳門	2	2	4
	皇家蘇斯達	0	1	1
							巴黎聖日耳門	2	4	6
							巴塞隆拿	3	1	4
	拿玻里	1	1	2
																			6月1日 – 倫敦
	巴塞隆拿	1	3	4
																			多蒙特			0
																			皇家馬德里			2
	波圖	1	0	1 (2)
	阿仙奴（点）	0	1	1 (4)
							阿仙奴	2	0	2
							拜仁慕尼黑	2	1	3
	拉素	1	0	1
	拜仁慕尼黑	0	3	3
													拜仁慕尼黑	2	1	3
													皇家馬德里	2	2	4
	RB萊比錫	0	1	1
	皇家馬德里	1	1	2
							皇家馬德里（点）	3	1	4 (4)
							曼城	3	1	4 (3)
	哥本哈根	1	1	2
	曼城	3	3	6

十六強抽籤儀式在2023年12月18日，歐洲中部時間 (CET) 12:00舉行。^[1]

首回合賽事在2024年2月13、14、20和21日進行，次回合在3月5、6、12和13日進行。

第一隊	總比數	第二隊	首回合	次回合
波圖	1–1（2–4 点）	阿仙奴	1–0	0–1（加时）
拿玻里	2–4	巴塞隆拿	1–1	1–3
巴黎聖日耳門	4–1	皇家蘇斯達	2–0	2–1
國際米蘭	2–2（2–3 点）	馬德里體育會	1–0	1–2（加时）
PSV燕豪芬	1–3	多蒙特	1–1	0–2
拉素	1–3	拜仁慕尼黑	1–0	0–3
哥本哈根	2–6	曼城	1–3	1–3
RB萊比錫	1–2	皇家馬德里	0–1	1–1

總比數 1–1，阿仙奴憑互射十二碼以 4–2 勝出。

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巴塞隆拿總比數以 4–2 勝出。

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巴黎聖日耳門總比數以 4–1 勝出。

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總比數 2–2，馬德里體育會憑互射十二碼以 3–2 勝出。

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多蒙特總比數以 3–1 勝出。

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拜仁慕尼黑總比數以 3–1 勝出。

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曼城總比數以 6–2 勝出。

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皇家馬德里總比數以 2–1 勝出。

半準決賽抽籤儀式在2024年3月15日，歐洲中部時間 (CET) 12:00 舉行。^[1]

首回合賽事在2023年4月9和10日進行，次回合在4月16和17日進行。

第一隊	總比數	第二隊	首回合	次回合
阿仙奴	2–3	拜仁慕尼黑	2–2	0–1
馬德里體育會	4–5	多蒙特	2–1	2–4
皇家馬德里	4–4（4–3 点）	曼城	3–3	1–1（加时）
巴黎聖日耳門	6–4	巴塞隆拿	2–3	4–1

拜仁慕尼黑總比數以 3–2 勝出。

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多蒙特總比數以 5–4 勝出。

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總比數 4–4，皇家馬德里憑互射十二碼以 4–3 勝出。

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巴黎聖日耳門總比數以 6–4 勝出。

準決賽抽籤儀式在2024年3月15日，歐洲中部時間 (CET) 12:00 於半準決賽抽籤後舉行。^[1]

首回合賽事在2023年4月30和5月1日進行，次回合在5月7和8日進行。

第一隊	總比數	第二隊	首回合	次回合
多蒙特	2–0	巴黎聖日耳門	1–0	1–0
拜仁慕尼黑	3–4	皇家馬德里	2–2	1–2

決賽在2024年6月1日於倫敦的溫布利球場舉行。在2024年3月15日舉行的抽籤儀式中，當完成半準決賽和準決賽抽籤後，會再進行抽籤，以定出決賽行政上「主場」的一方。^[1]

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