W swoim pierwszym ćwierćfinale wielkoszlemowym przegrała z Anastasiją Pawluczenkową 7:6(2), 2:6, 7:9.
Sezon na kortach trawiastych rozpoczęła od występu w Berlinie. Po wygranym meczu z Shelby Rogers 2:6, 6:3, 6:4, przegrała z Garbiñe Muguruzą 4:6, 3:6. Jako kolejny turniej wybrała Viking International Eastbourne, gdzie dotarła do półfinału, ogrywając następujące tenisistki: Harriet Dart 6:2, 6:7(5), 6:4, Elinę Switolinę 6:4, 7:6(3), Anastasiję Sewastową 2:6, 7:6(7), 7:6(5). Udziału w finale pozbawiła ją zwyciężczyni turnieju French Open 2017, Jeļena Ostapenko wynikiem 4:6, 1:6. Podczas Wimbledonu doszła do czwartej rundy, w której ponownie w tym sezonie była zmuszona uznać wyższość białoruskiej tenisistki Aryny Sabalenki 3:6, 6:4, 3:6.
Następnie Rybakina udała się do Tokio, które stało się miejscem zmagań olimpijskich, po zmianie terminu rozgrywania igrzysk z uwagi na pandemię COVID-19. Rozpoczęła turniej od wygranych nad Samanthą Stosur 6:4, 6:2, Rebeccą Peterson 6:2, 6:3 oraz Donną Vekić 7:6(3), 6:4. W ćwierćfinale wygrała z Garbiñe Muguruzą 7:5 6:1. W meczu o finał uległa późniejszej mistrzyni Belindzie Bencic 6:7(2), 6:4, 3:6.