อัตเลติโกเดมาดริด เริ่มต้นฤดูกาล 2020–21 ตั้งแต่วันที่ 14 สิงหาคม ค.ศ. 2020 ถึง 30 มิถุนายน ค.ศ. 2021 โดยลงแข่งขันใน ลาลิกา, โกปาเดลเรย์ และ ยูฟ่าแชมเปียนส์ลีก ฤดูกาลนี้ทีมคว้าแชมป์ลาลิกาเป็นสมัยที่ 11 ภายใต้การคุมทีมของดิเอโก ซิเมโอเน่ โดยมีลุยส์ ซัวเรซเป็นดาวซัลโวสูงสุดของทีม ในยูฟ่าแชมเปียนส์ลีก ทีมผ่านถึงรอบ 16 ทีมสุดท้าย แต่ตกรอบโดยแพ้เชลซี การจับสลากยูฟ่าแชมเปียนส์ลีกรอบแบ่งกลุ่มมีขึ้นเมื่อ 1 ตุลาคม และรอบ 16 ทีมเมื่อ 14 ธันวาคม ค.ศ. 2020 สถิติผู้ทำประตูและคลีนชีตส์ถูกบันทึก ณ วันที่ 22 พฤษภาคม ค.ศ. 2021