Denílson speelde tussen 1996 en 2002 61 interlands voor het Braziliaans nationaal elftal, waarin hij negen doelpunten maakte. Hij nam met de "Seleção" deel aan het WK 1998 en het WK 2002. In 1998 was Denílson verliezend finalist. In 2002 werd hij met Brazilië wereldkampioen, hoewel de aanvaller als invaller een beperkte rol had in de winst. Denílson won met Brazilië in 1997 de Copa América en de Confederations Cup.