Vondrousova venceu a ucraniana com um duplo 6-3 em 1 hora e 16 minutos para alcançar a segunda final de Grand Slam da carreira.
Svitolina, atual 76ª do ranking, disputava apenas o seu segundo major desde o retorno da licença-maternidade em abril.
A número 42 do mundo também não era cabeça de chave quando, aos 19 anos, perdeu a decisão em Roland Garros 2019 para Ashleigh Barty.
Vondrousova é a quarta tcheca a alcançar a final de Wimbledon, juntando-se a Jana Novotna, Petra Kvitova e Karolina Pliskova.
Na final, Marketa Vondrousova enfrenta a vencedora do confronto entre Aryna Sabalenka e Ons Jabeur.
Semifinal de uma jogadora só
Mesmo com o apoio da Quadra Central, Svitolina jogou sem brilho desta vez.
Vondrousova foi mais eficiente em praticamente todos os quesitos.
A tcheca ganhou 74% dos pontos no primeiro serviço, enquanto Svitolina ganhou menos da metade dos seus.
Vondrousova teve também 22 winners contra nove de Svitolina, que simplesmente não conseguia matar os pontos nos momentos cruciais.
Vondrousova assumiu o controle do primeiro set ao quebrar Svitolina por 4 a 3 e não perdeu mais a liderança.
Seu único momento de fraqueza veio quando a partida parecia decidida. Ela chegou a liderar por 4 a 0 no segundo set com uma vantagem de 40 a 0 para abrir 5 a 0.
Mas Svitolina quebrou a tcheca por duas vezes seguidas e diminuiu o déficit para 4-3.
No entanto, três erros e uma dupla falta em seu próximo game de serviço interromperam a recuperação da ucraniana, que teve o saque quebrado novamente.
Servindo para a partida, Vondrousova fez seu quarto ace do dia em 30-30 para chegar ao match point, que ela não desperdiçou.