El Atlético de Madrid, como ya sucediera en edición 2008/2009, deberá disputar una eliminatoria para entrar en la fase de grupos de la Champions League 2009/2010.  El partido de ida de esta Ronda de Play-Off se jugará el 18/19 y el de vuelta el 25/26 de agosto. El sorteo de esta eliminatoria tendrá lugar en Nyon el 7 de agosto. Hay que recordar que el equipo rojiblanco superó en agosto de 2008 esta fase al dejar en la cuneta al Schalke 04.  El equipo alemán se impuso en el partido de ida por 1-0, pero en la vuelta salió goleado por 4-0 del Vicente Calderón, con goles de Kun Agüero, Forlán, Luis García y Maxi.

En caso de superar esta ronda, el Atlético de Madrid conocerá sus rivales en la Fase de Grupos en un sorteo que tendrá lugar en Mónaco el 27 de agosto. La primera jornada de esta fase se jugará el 15/16 de septiembre y la última el 8/9 de diciembre.