Nel 2006, Gasol è stato nominato nella squadra nazionale spagnola per il Campionato del Mondo FIBA 2006 in Giappone come sostituto del draftato della NBA Fran Vázquez. La Spagna ha vinto la medaglia d'oro in Giappone, così come all'EuroBasket 2009. Ha anche vinto medaglie d'argento all'EuroBasket 2007, alle Olimpiadi estive del 2008
, e le Olimpiadi estive del 2012. Ha vinto il suo secondo titolo di campione del mondo con la squadra spagnola al Campionato del Mondo FIBA 2019 in Cina.