Ia telah memperkuat Meksiko sejak 2005, Ochoa membuat debut di timnas senior pada usia 20 tahun dalam pertandingan persahabatan melawan Hongaria. Ia masuk dalam skuad untuk Piala Dunia FIFA 2006, 2010, 2014, dan 2018, Piala Konfederasi FIFA 2013 dan 2017, Olimpiade Musim Panas 2004, Copa América 2007, Copa América Centenario, Piala Emas CONCACAF 2007, 2009, 2015, dan 2019, awalnya ia juga masuk dalam skuad Piala Emas CONCACAF 2011 sebelum akhirnya diskors dari kompetisi karena tuduhan doping palsu.