Vunipola gab sein Nationalmannschaftsdebüt im Juni 2013 gegen Argentinien und legte in diesem Spiel auch seinen ersten Versuch für England. Bei den Six Nations 2016 gewann er mit der englischen Auswahl den Grand Slam. 2017 wurde er für die British and Irish Lions nominiert, musste aufgrund einer Verletzung aber vorzeitig abreisen und kam so gegen Neuseeland nicht zum Einsatz. 2019 wurde er für den englischen WM-Kader nominiert.