A 2011–2012-es UEFA-bajnokok ligája csoportkörének mérkőzéseit 2011. szeptember 13. és december 7. között játszották le.
A csoportkörben 32 csapat, az 1–3.-ig rangsorolt nemzeti labdarúgó-bajnokságok dobogós csapatai, a 4–6.-ig rangsorolt nemzeti labdarúgó-bajnokságok bajnok és ezüstérmes csapatai, valamint a 7–13-ig rangsorolt nemzeti labdarúgó-bajnokságok bajnokcsapatai mellett a selejtező, bajnokcsapatok rájátszásának, illetve a bajnoki helyezés alapján részt vevő csapatok rájátszásának öt-öt továbbjutója vett részt.
A csoportkörben nyolc, egyaránt négycsapatos csoportot képeztek. A csoportokban a csapatok körmérkőzéses, oda-visszavágós rendszerben mérkőztek meg egymással. A csoportok első két helyen záró csapat az egyenes kieséses szakaszba jutott, a harmadik helyezettek a 2011–2012-es Európa-ligaegyenes kieséses szakaszában folytatták, míg az utolsó helyezettek kiestek.
A sorsolást 2011. augusztus 25-én, 17:45-kor tartották Monacóban. A sorsolás előtt a csapatokat négy darab nyolccsapatos kalapba sorolják az úgynevezett UEFA-együtthatójuk sorrendjében. A címvédő FC Barcelona automatikusan az 1. kalapba került. Minden kalapból minden csoportba egy-egy csapatot sorsoltak. Egy csoportba nem kerülhetett két azonos nemzetiségű csapat.
Az UEFA versenyszabályzata alapján, ha két vagy több csapat a csoportmérkőzések után azonos pontszámmal állt, az alábbiak alapján kellett meghatározni a sorrendet:
az azonosan álló csapatok mérkőzésein szerzett több pont
az azonosan álló csapatok mérkőzésein elért jobb gólkülönbség
az azonosan álló csapatok mérkőzésein idegenben szerzett több gól
az összes mérkőzésen elért jobb gólkülönbség
az összes mérkőzésen szerzett több gól
az azonosan álló csapatok és nemzeti szövetségük jobb UEFA-együtthatója az előző öt évben
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