Vuonna 2006 Gasol nimitettiin Espanjan maajoukkueeseen vuoden 2006 FIBA-maailmanmestaruuskilpailuun Japanissa NBA-luonnoksen Fran Vázquezin tilalle. Espanja voitti kultamitalin Japanissa sekä EuroBasketissa 2009. Hän voitti myös hopeamitalin EuroBasket 2007 -kilpailussa, 2008 kesäolympialaisissa.
, ja vuoden 2012 kesäolympialaiset. Hän voitti toisen maailmanmestaruuden Espanjan joukkueen kanssa vuonna 2019 Kiinassa järjestetyssä FIBA-maailmanmestaruuskilpailussa.