Gasol deltog såväl vid baskettävlingarna vid OS 2004, OS 2008 och OS 2012. Såväl 2008 som 2012 blev det silver för det spanska herrlaget. Pau Gasol gjorde hela 24 poäng i OS-finalen mot USA 2012. Vid den olympiska basketturneringen 2016 vann Spanien brons efter att ha slagit Australien med 89-88. Gasol gjorde 31 poäng i bronsmatchen.