A 2009–2010-es UEFA-bajnokok ligája egyenes kieséses szakasza 2010. február 16-án kezdődött, és május 22-én ért véget a madridiBernabéu Stadionban rendezett döntővel. Az egyenes kieséses szakaszban tizenhat csapat vett részt, amelyek a csoportkör során a saját csoportjuk első két helyének valamelyikén végeztek.
Lebonyolítás
A döntő kivételével mindegyik mérkőzés oda-visszavágós rendszerben zajlott. A két találkozó végén az összesítésben jobbnak bizonyuló csapatok jutottak tovább a következő körbe. Ha az összesítésnél az eredmény döntetlen volt, akkor az idegenben több gólt szerző csapat jutott tovább. Amennyiben az idegenben lőtt gólok száma is azonos volt, akkor 30 perces hosszabbítást rendeztek a visszavágó rendes játékidejének lejárta után. Ha a 2x15 perces hosszabbításban gólt/gólokat szerzett mindkét együttes, és az összesített állás egyenlő volt, akkor a vendég csapat jutott tovább idegenben szerzett góllal/gólokkal. Gólnélküli hosszabbítás esetén büntetőpárbajra került sor. A döntőt egy mérkőzés keretében rendezték meg.
A nyolcaddöntők sorsolását 2009. december 18-án tartották. A sorsoláskor figyelembe vették, hogy minden párosításnál egy csoportgyőztes és egy másik csoport csoportmásodika mérkőzzön egymással.
A sorsoláskor korlátozás volt, hogy a nyolcaddöntőkben azonos nemzetű együttesek, illetve az azonos csoportból továbbjutó csapatok nem szerepelhettek egymás ellen. A negyeddöntőktől kezdődően ez a korlátozás nincs érvényben.
Megjegyzés: Az 1991–92-es kiírás még bajnokcsapatok Európa-kupája néven volt, de ez volt az első szezon, amelyben csoportkör is volt. A szezonban nem volt egyenes kieséses szakasz a csoportkör és a döntő között.
Megjegyzés: A 2024–25-ös szezontól a csoportkör helyét átvette az alapszakasz, minden csapat egy csoportban versenyzett