Vaikka Camoranesi on kotoisin Argentiinasta, saai hän italialaisten isovanhempiensa tuoman kansalaisuuden myötä pelata Italian maajoukkueessa. Hän debytoi joukkueessa 2. helmikuuta 2003 ystävyysottelussa Portugalia vastaan ja lukeutui joukkueen pelaajiin myös vuoden 2004 EM-turnauksessa ja 2006 MM-kisoissa, jotka Italia voitti. Kaikkiaan hän pelasi 55 maaottelua ja teki niissä viisi maalia. Viimeisen maaottelunsa hän pelasi kesäkuussa 2010. Camoranesi on sanonut tuntevansa olevansa sataprosenttisesti argentiinalainen huolimatta siitä, että pelaa Italian maajoukkueessa.