2021年5月7日，在全国体操锦标赛女子个人全能决赛中，芦玉菲以预赛56.932分、决赛56.765分、总分113.697的总成绩夺得职业生涯首个全锦赛全能冠军，并凭借该场比赛的成绩入选中国体操队备战东京奥运会大名单；5月9日，在全国体操锦标赛女子平衡木决赛中，芦玉菲以14.766分获得亚军，在同日进行的全国体操锦标赛女子自由体操决赛中，芦玉菲以13.966分再收获一项全锦赛冠军。7月14日，芦玉菲入选2020年东京奥运会中国体育代表团体操项目运动员名单。7月27日，在东京奥运会体操女子团体决赛中，芦玉菲与唐茜靖、章瑾、欧钰珊组成的中国队获得第七名；7月29日，在东京奥运会体操女子个人全能决赛中，芦玉菲在高低杠项目上出现掉杠失误，最终以52.799分位列第十八名；8月1日，在东京奥运会女子高低杠决赛中，芦玉菲以14.4分获得第四名。9月22日，在中华人民共和国第十四届运动会中，芦玉菲所在的河南队获得体操女子团体第八名；9月24日，芦玉菲以54.598分获得中华人民共和国第十四届运动会体操女子个人全能第四名；9月25日，在中华人民共和国第十四届运动会体操女子高低杠决赛中，芦玉菲以14.6分获得亚军。9月26日，第十四届运动会体操女子平衡木名次公告，芦玉菲排名第7名。