Con la nazionale Under-20 uruguaiana, Forlán gioca il Mondiale Under-20 del 1999 e il campionato sudamericano Under-20 del 1999 (dove ottiene il secondo posto). Ha esordito in nazionale maggiore il 27 marzo 2002, in un'amichevole contro l'. Nella stessa gara ha segnato il suo primo gol con la maglia della "Celeste". Ha partecipato a tre edizioni del Mondiale (2002, 2010 e 2014) e tre della Copa América (2004, 2007 e 2011) oltre alla Confederations Cup nel 2013. Con la "Celeste", con 36 gol è il secondo capocannoniere della storia, dietro Luis Suárez.