Babak 16 besar telah usai pada Minggu (9/8/2020) dinihari WIB. Delapan dari 16 tim yang lolos ke perempat final Liga Champions adalah, Atalanta, PSG, RB Leipzig, Atletico Madrid, Manchester City, Lyon, Barcelona, dan Bayern Munchen. Berbeda dengan musim sebelumnya, babak perempat final Liga Champions kali ini akan dimainkan di tempat netral yakni Portugal, dan hanya berlangsung satu leg alias langsung gugur.
Atalanta vs PSG (Da Ruz Stadium) RB Leipzig vs Atletico Madrid (Jose Avalade Stadium) Barcelona vs Bayern Munchen (Da Ruz Stadium)
Manchester City vs Lyon (Jose Avalade Stadium) Semua pertandingan di atas dijadwalkan kick off pukul 02.00 WIB. Laga Barcelona vs Napoli leg kedua babak 16 besar Liga Champions telah berlangsung di Camp Nou Stadium, Minggu (9/8/2020) dinihari WIB.
Hasil Barcelona vs Napoli Liga Champions berakhir dengan skor 3 1 untuk kemenangan tim tuan rumah. Gol pembuka Barcelona dicetak Clement Lenglet (10'), disusul dengan Lionel Messi (23'), dan Luis Suarez (35'). Sementara gol Napoli dicetak Lorenzo Insigne dari titik penalti pada menit ke 45.
Dengan kemenangan ini, Barcelona melaju ke babak 8 besar Liga Champions dengan agregat 4 2 atas Napoli. Laga Bayern Munchen vs Chelsea leg kedua babak 16 besar iga Champions telah berlangsung di Allianz Arena, Minggu (9/8/2020). Hasil leg kedua babak 16 besar Liga Champions Bayern Munchen vs Chelsea berakhir dengan skor 4 1 untuk kemenangan Die Roten.
Gol kemenangan Bayern Munchen dicetak Robert Lewandowski (10', 84'), Ivan Perisic (24'), dan Corentin Tolisso (76'). Semetara gol Chelsea dicetak oleh Hudson Odoi pada menit ke 44. Dengan hasil ini, Bayern Munchen mantap ke babak 8 besar Liga Champions dengan agregat 7 1 dari Chelsea.
Laga Manchester City vs Real Madrid leg kedua babak 16 besar Liga Champions telah berlangsung di Etihad Stadium, Sabtu (8/8/2020) dinihari WIB. Laga Manchester City vs Real Madrid berakhir dengan skor 2 1 untuk kemenangan anak asuh Pep Guardiola. Manchester City lebih dulu mencetak gol lewat sontekan Raheem Sterling.
Namun Madrid baru bisa membalas pada pertengahan babak pertama lewat sundulan Karim Benzema. Alih alih mengejar defisit gol, gawang Courtois kembali kebobolan, kali ini melalui Gabriel Jesus. Walhasil, Manchester City menang 2 1, sekaligus menegaskan kemenangan The Cityzens atas Los Blancos dengan agregat 4 2.
Laga Juventus vs Lyon leg kedua babak 16 besar Liga Champions telah berlangsung di Allianz Stadium, Sabtu (8/8/2020) dinihari WIB. Laga Juventus vs Lyon Liga Champions berakhir dengan skor 2 1 untuk kemenangan Si Nyonya Tua. Lyon membuka keunggulan lebih dulu melalui titik putih penalti lewat eksekusi Memphis Depay.
Sementara Si Nyonya Tua baru bisa menyamakan kedudukan jelang turun minum, yakni lewat eksekusi penalti Cristiano Ronaldo. Di babak kedua, Cristiano Ronaldo kembali mencatatkan namanya di papan skor setelah tendangan jarak jauhnya gagal dihalau Anthony Lopes. Namun sayang kemenangan 2 1 Si Nyonya Tua tak cukup kuat melaju ke babak 8 besar Liga Champions karena kalah head to head dengan Les Gones.
Lyon mengantongi keunggulan gol tandang daripada Juventus.