Die 20. Etappe der Vuelta a España 2024 fand am 6. September 2024 statt. Sie endete mit der neunten und letzten Bergankunft der 79. Austragung des spanischen Etappenrennens. Die Strecke führte von Villarcayo über 172 Kilometern auf die Picón Blanco, wo sich das Ziel auf einer Höhe von 1498 Metern befand. Im Rahmen der Etappen mussten sieben Bergwertungen überquert werden. Nach der Etappe hatten die Fahrer 3276,8 Kilometer absolviert, was 99,25 % der Gesamtdistanz entspricht.
Der Etappensieg ging an den Iren Eddie Dunbar (Team Jayco AlUla), der sich fünf Kilometer vor dem Ziel im Schlussanstieg von den Favoriten absetzte und die Etappe mit einem Vorsprung von sieben Sekunden vor Enric Mas (Movistar Team) gewann. Platz drei ging mit einem Rückstand von zehn Sekunden an Primož Roglič (Red Bull–Bora–Hansgrohe), der zugleich das Rote Trikot verteidigte.