2001 gewann Coloccini mit Argentinien die Junioren-Fußballweltmeisterschaft im eigenen Land. Sein Debüt in der argentinischen Nationalmannschaft feierte er am 30. April 2003. Coloccini gewann mit Argentinien die Goldmedaille bei den Olympischen Spielen 2004 und nahm an der Copa América 2004, dem Konföderationen-Pokal 2005 sowie der Weltmeisterschaft 2006 teil.