Pada tahun 2006, Gasol dinobatkan ke tim nasional Spanyol untuk Kejuaraan Dunia FIBA 2006 di Jepang sebagai pengganti Fran Vázquez yang terpilih oleh NBA. Spanyol kemudian memenangkan medali emas di Jepang, serta di EuroBasket 2009. Dia juga memenangkan medali perak di EuroBasket 2007, Olimpiade Musim Panas 2008
, dan Olimpiade Musim Panas 2012. Dia memenangkan gelar juara dunia kedua dengan tim Spanyol di Kejuaraan Dunia FIBA 2019 di Cina.