En match där svenskorna Johanna Rytting Kaneryd startade för Chelsea och Fridolina Rolfö för Barcelona.
I den första halvleken tog Barcelona ledningen genom Aitana Bonmatí. 26-åringen dundrade iväg en avslutning som via en Chelsea-touch satte upp målvakten Hannah Hampton.
I andra halvlek tvingades Chelseas Kadeisha Buchanan av planen efter att ha fått två gula kort – och Barcelona pressade hårt för ett mål.
Något som så småningom skulle ge resultat.
Bonmatí fälldes i straffområdet och fick en straff. Rolfö klev fram och placerade distinkt in 2-0 i matchen. Ett mål som blev avgörande i dubbelmötet som därmed slutade 2–1.
Barcelona möter nu vinnaren av dubbelspelet mellan Lyon och Paris Saint-Germain i finalen som spelas i Bilbao, Spanien, den 25 maj.
Zecira Musovic och Nathalie Björn satt kvar på Chelsea-bänken hela matchen.
Upptäck mer från idag nyheter
Prenumerera för att få de senaste inläggen skickade till din e-post.