Ochoa wurde für das Länderspiel gegen Guatemala zum ersten Mal nominiert, kam allerdings nicht zum Einsatz. Sein Länderspieldebüt absolvierte er am 14. Dezember 2005 gegen Ungarn, das mit 2:0 gewonnen wurde. Er gehörte als dritter Torhüter zum Aufgebot Mexikos bei der in Deutschland ausgetragenen Fußball-Weltmeisterschaft 2006. Sein bisher größter Erfolg mit der Nationalmannschaft war der 5:0-Finalsieg über den Gastgeber und Mexikos Erzrivalen beim CONCACAF Gold Cup 2009 in den USA. Auch bei der WM 2010 gehörte er als Ersatztorhüter zum mexikanischen Kader. Kurz vor dem CONCACAF Gold Cup 2011 wurde er zusammen mit gleich vier Mannschaftskameraden positiv auf Clenbuterol getestet und vom Turnier suspendiert. Vom Vorwurf des Dopings wurde er jedoch später freigesprochen, weil verunreinigtes Fleisch vermutet wurde. Beim Turnier hatte er einen Einsatz beim 5:0-Sieg im ersten Gruppenspiel gegen El Salvador. Als Sieger waren die Mexikaner für den FIFA-Konföderationen-Pokal 2013 qualifiziert, bei dem er aber nur im letzten Gruppenspiel gegen Japan, dem einzigen Sieg der Mittelamerikaner zum Einsatz kam, die danach die Heimreise als Gruppendritte antreten konnten.