Vid G7-mötet i Japan förnekade premiärministern, som var en ledande person i Remain-kampanjen, rapporter om att hans "instinkt" var att rösta för "Leave".
"Jag är ingen garderob. Jag har i stort sett haft samma syn på Europa ända sedan jag engagerade mig i aktiv politik, sade statsministern.
Boris Johnson sa att det var "inte för sent" att delta i kampanjen.
Med fyra veckor kvar till Förenade kungarikets omröstning den 23 juni om huruvida man ska lämna Europeiska unionen har det förekommit rapporter om att den konservativa statsministern David Cameron, i hjärtat, backar "Brexit", som en brittisk utresa från EU är känd.
Steve Hilton, som var en av Mr Camerons närmaste medhjälpare innan han lämnade Downing Street 2012 och som arbetade tillsammans med honom när de båda var Tory forskare, sade till Times på torsdag: "Om han var en medlem av allmänheten, eller en backbench MP eller en junior minister eller ens en kabinett minister, är jag säker på att han skulle vara för Leave.
"Det är hela hans instinkt. Det är den han är. Som premiärminister ser han det ur ett annat perspektiv och det är helt rimligt... men jag tror att om han inte hade det perspektivet, skulle han vara för Leave."
Men Cameron, som har beskrivit sig själv som euroskeptiker, sade vid slutet av G7-toppmötet: "Jag är ingenting i garderoben. Jag har i stort sett haft samma syn på Europa ända sedan jag engagerade mig i aktiv politik.
"Jag har alltid intagit samma ståndpunkt, vilket är att vi har det bättre i denna organisation, men vi bör sträva efter att reformera denna organisation, vi bör sträva efter att förbättra den speciella status som Storbritannien.
"Jag har aldrig varit en garderob Brexiter. Jag brinner verkligen för att få rätt resultat, få denna reform i Europa och förbli en del av den. Det ligger i Storbritanniens nationella intresse."
Han pekade på en gemensam förklaring från ledarna för G7-länderna - Storbritannien, USA, Tyskland, Frankrike, Italien, Japan och Kanada - i slutet av det två dagar långa toppmötet mellan Ise-Shima, där det stod: "Storbritanniens utträde ur EU skulle vända trenden mot ökad global handel, investeringar och de arbetstillfällen som de skapar och utgör ytterligare en allvarlig risk för tillväxt".
"När du står inför ett svårt beslut, är det ofta en bra sak att lyssna på vad dina vänner tycker," premiärministern sade.
I en intervju med BBC:s sydpolitiska redaktör Peter Henley, en av de främsta konservativa i kampanjen Votering Leave, noterade Boris Johnson Hiltons kommentarer och sade att det var "inte för sent".
Frågade om han föreslog att Cameron skulle ansluta sig till honom i en kampanj för att Storbritannien skulle lämna EU, tillade den f.d. borgmästaren i London: "Ja. Det finns mer glädje i Himlen över en som ångrar sig. Nu är det dags. Det är en månad kvar."
Han tillade: "Han har trott på demokrati och över 20 år eller så har han varit en stark euroskeptiker."
Cameron i sin tur berättade för LBC-radion förra veckan att Mr Johnson hade "förtalat många människor att han aldrig hade varit en Leaver" - Mr Johnson svarade att han hade "varit euroskeptiker i årtionden".
The Daily Mail rapporterade tidigare i veckan att "senior parti siffror" hade varnat för en misstroendeomröstning i Mr Cameron efter den 23 juni, oavsett resultatet, över hans hantering av folkomröstningskampanjen.
David Cameron har avvisat påståenden om att han är en "stängd Brexiteer", insisterar på att han är "passionerad" om att stanna i EU.