女子200米蝶泳决赛的参赛选手包括两位中国选手张雨霏和俞李妍。其中张雨霏在预赛和半决赛中均排名第一，半决赛2分04秒89的成绩刷新了个人PB以及2021年该项目最好成绩。俞李妍以半决赛第5的身份晋级成绩为2分07秒04

其它参赛选手分别是2019年光州世锦赛200蝶冠军，匈牙利选手卡帕斯、ROC选手奇姆洛娃、美国选手哈利·弗利金杰、美国选手雷根·史密斯、澳大利亚选手布里安娜·斯罗塞尔、英国选手玛格丽特·托马斯

比赛中张雨霏出发后即取得领先，最大领先优势达到一个半身位。此后一直将领先优势保持到最后，没有给对手任何机会，以2分03秒86的成绩（再次刷新个人PB）夺得冠军并刷新奥运会纪录！这个成绩也刷新了她的个人最佳成绩。

美国选手史密斯和弗利金杰分列亚军和季军，成绩分别是2分05秒30以及2分05秒65。俞李妍2分07秒85位列第六。