Pastrňák har representerat det Tjeckiska landslaget på alla nivåer och har lett den interna poängligan flera gånger. Han vann brons i Ivan Hlinkas minnesturnering 2013 och 2014 vann han silver på U18-världsmästerskapet 2014. 2016 gick han med i det tjeckiska landslaget för första gången vid IIHF World Championship där laget slutade på en femte plats. Han representerade också Tjeckien vid IIHF World Championship 2016. Efter Bruins nederlag av Tampa Bay Lightning i andra omgången i slutspelet 2018, blev Pastrňák inbjuden att delta i världsmästerskapet IIHF World Championship 2018.