De 50 meter vrije slag vrouwen op de Olympische Zomerspelen 2020 vond plaats op 30 juli, series, 31 juli, halve finales, en 1 augustus 2021, finale. Na afloop van de series kwalificeerden de zestien snelste zwemmers zich voor de halve finales, de snelste acht uit de halve finales gingen door naar de finale. Regerend olympisch kampioene was Pernille Blume.
Voorafgaand aan het toernooi waren dit het wereldrecord en het olympisch record
| Rang | Serie | Baan | Naam | Land | Tijd | Bijz. |
| 1 | 10 | 4 | Emma McKeon |  Australië | 24,02 | Q, OR |
| 2 | 9 | 5 | Pernille Blume |  Denemarken | 24,12 | Q |
| 3 | 9 | 4 | Cate Campbell | Australië | 24,15 | Q |
| 4 | 11 | 4 | Sarah Sjöström |  Zweden | 24,26 | Q |
| 5 | 11 | 3 | Katarzyna Wasick |  Polen | 24,31 | Q |
| 6 | 9 | 6 | Zhang Yufei |  China | 24,36 | Q |
| 7 | 11 | 6 | Abbey Weitzeil |  Verenigde Staten | 24,37 | Q |
| 8 | 11 | 5 | Ranomi Kromowidjojo |  Nederland | 24,41 | Q |
| 9 | 11 | 7 | Arina Soerkova |  Russische ploeg | 24,52 | Q |
| 10 | 9 | 2 | Wu Qingfeng | China | 24,55 | Q |
| 11 | 10 | 5 | Simone Manuel | Verenigde Staten | 24,65 | Q |
| 10 | 8 | Emma Chelius |  Zuid-Afrika | Q |
| 13 | 10 | 2 | Mélanie Henique |  Frankrijk | 24,69 | Q |
| 14 | 11 | 8 | Julie Kepp Jensen | Denemarken | 24,70 | Q |
| 15 | 11 | 1 | Siobhan Haughey |  Hongkong | 24,75 | WD |
| 16 | 10 | 6 | Femke Heemskerk | Nederland | 24,77 | WD |
| 17 | 9 | 8 | Fanny Teijonsalo |  Finland | 24,79 | Q |
| 18 | 9 | 7 | Marie Wattel | Frankrijk | 24,82 | Q |
| 19 | 10 | 3 | Maria Kameneva | Russische ploeg | 24,83 | |
| 20 | 9 | 3 | Michelle Coleman | Zweden | 24,84 | |
| 21 | 10 | 1 | Barbora Seemanová |  Tsjechië | 24,92 | |
| 22 | 9 | 1 | Kayla Sanchez |  Canada | 24,93 | |
| 23 | 8 | 5 | Lidón Muñoz |  Spanje | 25,10 | |
| 24 | 8 | 6 | Farida Osman |  Egypte | 25,13 | |
| 25 | 6 | 4 | Anicka Delgado |  Ecuador | 25,36 | |
| 8 | 4 | Julie Meynen |  Luxemburg | |
| 27 | 7 | 3 | Isabella Arcila |  Colombia | 25,41 | |
| 8 | 1 | Kalia Antoniou |  Cyprus | |
| 29 | 10 | 7 | Etiene Medeiros |  Brazilië | 25,45 | |
| 30 | 8 | 2 | Andrea Murez |  Israël | 25,48 | |
| 31 | 7 | 4 | Bianca-Andreea Costea |  Roemenië | 25,61 | |
| 32 | 7 | 2 | Jeserik Pinto |  Venezuela | 25,65 | |
| 33 | 8 | 7 | Danielle Hill |  Ierland | 25,70 | |
| 34 | 6 | 1 | Elinah Phillip |  Amerikaanse Maagdeneilanden | 25,74 | |
| 35 | 7 | 5 | Amel Melih |  Algerije | 25,77 | |
| 7 | 7 | Karen Torrez |  Bolivia | |
| 37 | 8 | 8 | Jenjira Srisa-Ard |  Thailand | 25,97 | |
| 38 | 7 | 1 | Huang Mei-chien |  Chinees Taipei | 25,99 | |
| 39 | 7 | 8 | Allyson Ponson |  Aruba | 26,03 | |
| 40 | 8 | 3 | Quah Ting Wen |  Singapore | 26,16 | |
| 41 | 7 | 6 | Cherelle Thompson |  Trinidad en Tobago | 26,19 | |
| 42 | 6 | 7 | Nikol Merizaj |  Albanië | 26,21 | |
| 43 | 6 | 6 | Emily Muteti |  Kenia | 26,31 | |
| 44 | 5 | 4 | Norah Milanesi |  Kameroen | 26,41 | |
| 45 | 6 | 3 | Talita Baqlah |  Jordanië | 26,49 | |
| 6 | 5 | Ema Rajić |  Kroatië | |
| 47 | 6 | 8 | Kirabo Namutebi |  Oeganda | 26,63 | |
| 48 | 6 | 2 | Natalya Kritinina |  Oezbekistan | 26,93 | |
| 49 | 5 | 5 | Mikaili Charlemagne |  Saint Lucia | 26,99 | |
| 50 | 5 | 7 | Cheyenne Rova |  Fiji | 27,11 | |
| 51 | 5 | 1 | Batbayaryn Enkhkhüslen |  Mongolië | 27,29 | |
| 52 | 5 | 6 | Tilka Paljk |  Zambia | 27,34 | |
| 53 | 4 | 5 | Judith Meauri |  Papoea-Nieuw-Guinea | 27,56 | |
| 54 | 5 | 3 | Samantha Roberts |  Antigua en Barbuda | 27,63 | |
| 55 | 4 | 4 | Aleka Persaud |  Guyana | 27,76 | |
| 56 | 5 | 8 | Bisma Khan |  Pakistan | 27,78 | |
| 57 | 5 | 2 | Unilez Takyi |  Ghana | 27,85 | |
| 58 | 4 | 1 | Angelika Ouedraogo |  Burkina Faso | 28,38 | |
| 59 | 4 | 6 | Mya De Freitas |  Saint Vincent en de Grenadines | 28,57 | |
| 60 | 4 | 7 | Noor Yussuf Abdulla |  Bahrein | 28,87 | |
| 61 | 4 | 8 | Jessica Makwenda |  Malawi | 28,96 | |
| 62 | 3 | 4 | Anastasiya Tyurina |  Tadzjikistan | 29,05 | |
| 63 | 4 | 3 | Noelani Day |  Tonga | 29,06 | |
| 64 | 3 | 8 | Siri Arun Budcharern |  Laos | 29,22 | |
| 65 | 3 | 5 | Bunpichmorakat Kheun |  Comoren | 29,42 | |
| 66 | 4 | 2 | Alicia Mateus |  Mozambique | 29,63 | |
| 67 | 3 | 2 | Lara Dashti |  Koeweit | 29,69 | |
| 68 | 3 | 1 | Junayna Ahmed |  Bangladesh | 29,78 | |
| 69 | 3 | 6 | Nafissath Radji |  Benin | 29,99 | |
| 70 | 3 | 3 | Robyn Young |  Swaziland | 30,41 | |
| 71 | 3 | 7 | Dania Nour |  Palestina | 30,43 | |
| 72 | 2 | 1 | Alphonsine Agahozo |  Rwanda | 30,50 | |
| 73 | 2 | 2 | Osisang Chilton |  Palau | 30,67 | |
| 74 | 2 | 4 | Tity Dumbuya |  Sierra Leone | 31,56 | |
| 75 | 2 | 6 | Chloe Sauvourel |  Centraal-Afrikaanse Republiek | 32,18 | |
| 76 | 2 | 3 | Roukaya Mahamane |  Niger | 32,21 | |
| 77 | 2 | 7 | Aya Mpali |  Gabon | 32,24 | |
| 78 | 1 | 4 | Imelda Ximenes Belo |  Oost-Timor | 32,89 | |
| 79 | 1 | 3 | Odrina Kaze |  Burundi | 33,39 | |
| 80 | 1 | 5 | Haneen Ibrahim |  Soedan | 34,49 | |
| 81 | 2 | 8 | Stefan Sangala |  Congo-Brazzaville | 37,92 | |
| 82 82 | 2 | 5 | Nada Arkaji |  Qatar | DNS | |
| 11 | 2 | Anna Hopkin |  Groot-Brittannië | |
| Rang | Serie | Baan | Naam | Land | Tijd | Bijz. |
| 1 | 2 | 4 | Emma McKeon | Australië | 24,00 | Q, OR |
| 2 | 1 | 4 | Pernille Blume | Denemarken | 24,08 | Q |
| 3 | 1 | 5 | Sarah Sjöström | Zweden | 24,13 | Q |
| 4 | 2 | 6 | Abbey Weitzeil | Verenigde Staten | 24,19 | Q |
| 5 | 2 | 3 | Katarzyna Wasick | Polen | 24,26 | Q |
| 6 | 2 | 5 | Cate Campbell | Australië | 24,27 | Q |
| 7 | 1 | 6 | Ranomi Kromowidjojo | Nederland | 24,29 | Q |
| 8 | 1 | 2 | Wu Qingfeng | China | 24,32 | SO |
| 1 | 3 | Zhang Yufei | China | SO, WD |
| 10 | 2 | 2 | Arina Soerkova | Russische ploeg | 24,57 | |
| 11 | 2 | 1 | Mélanie Henique | Verenigde Staten | 24,63 | |
| 2 | 7 | Simone Manuel | Verenigde Staten | |
| 13 | 1 | 7 | Emma Chelius | Zuid-Afrika | 24,64 | |
| 14 | 2 | 8 | Marie Wattel | Frankrijk | 24,76 | |
| 15 | 1 | 8 | Fanny Teijonsalo | Finland | 24,91 | |
| 16 | 1 | 1 | Julie Kepp Jensen | Denemarken | 24,98 | |
Tokio 
Sarah Sjöström
Boedapest
Ranomi Kromowidjojo.svg){kind=small}
Londen
Australië
Denemarken
Verenigde Staten
Polen
China
Russische ploeg
Zuid-Afrika
Frankrijk
Finland
· 
· 