Lễ bốc thăm cho vòng chung kết diễn ra vào ngày 2 tháng 12 năm 2011 tại Cung điện Nghệ thuật Ukraina, thành phố Kiev, Ukraina.[32][33] Buổi lễ kéo dài một giờ được tổ chức bởi Olga Freimut và Piotr Sobczyński, người dẫn chương trình đến từ hai nước chủ nhà.

Giống như vòng chung kết năm 2004 và 2008, 16 đội được chia thành 4 nhóm dựa trên hệ số xếp hạng đội tuyển quốc gia của UEFA.[34][35] Phân nhóm các quốc gia dựa vào kết quả các trận đấu diễn ra trước ngày 16 tháng 11 năm 2011.[36] Từ đó, hệ số nhóm quốc của 16 đội được tính theo công thức:

• 40% hệ số trong các trận đấu trong vòng loại của Giải vô địch bóng đá châu Âu giai đoạn 2012.
• 40% hệ số trong các trận đấu trong vòng chung kết World Cup 2010.
• 20% hệ số trong các trận đấu vòng loại và vòng chung kết của Giải vô địch bóng đá châu Âu 2008.

Là đồng chủ nhà, Ba Lan và Ukraina được xếp vào nhóm 1 (nhóm hạt giống), cùng với Tây Ban Nha, đương kim vô địch giải đấu và Hà Lan.[35]

Nhóm đội số 2, có các đội Đức, Ý, Anh và Nga. Ở nhóm đội số 3 là Hy Lạp, Bồ Đào Nha, Croatia và Thụy Điển. Nhóm đội số 4 bao gồm Pháp, CH Séc, CH Ireland và Đan Mạch. Cả bốn nhóm đội trước lễ bốc thăm được đánh giá là trình độ không đồng đều giữa các đội trong cùng nhóm.[37]

Có rất nhiều khả năng xảy ra "bảng tử thần" vì Tây Ban Nha và Hà Lan có thể đối mặt Đức, Ý, Anh (nhóm 2), Bồ Đào Nha (nhóm 3) và Pháp (nhóm 4). Dĩ nhiên, người hâm mộ chờ đợi những bảng đấu như thế để VCK Euro 2012 càng đáng được chờ đợi hơn, nhưng hẳn là bản thân các đội lại không muốn.[38]

Trong quá trình bốc thăm, 4 đội trong mỗi bảng đến từ 4 nhóm khác nhau.[38] Việc rút thăm được thực hiện bởi 4 cựu cầu thủ từng là thành viên các đội tuyển vô địch châu Âu: Horst Hrubesch, Marco van Basten, Peter Schmeichel và Zinedine Zidane.[39]

Sau đây là kết quả phân nhóm và bốc thăm chia bảng: