Ceballos maakte deel uit van verschillende Spaanse nationale jeugdelftallen. Hij won met Spanje –19 het EK –19 van 2015. Hij bereikte met Spanje –21 de finale van het EK –21 van 2017 en won hiermee het EK –21 van 2019. Ceballos debuteerde in 2018 in het Spaans voetbalelftal, in een met 6–0 gewonnen wedstrijd in de UEFA Nations League thuis tegen Kroatië.