Coutinho speelde in meerdere nationale jeugdelftallen van Brazilië. Hij debuteerde op 7 oktober 2010 onder bondscoach Mano Menezes in het Braziliaans voetbalelftal, in een oefeninterland tegen Iran. Zijn eerste interlanddoelpunt volgde op 7 juni 2015. Hij maakte toen het openingsdoelpunt in een met 2–0 gewonnen oefeninterland tegen Mexico. De Copa América 2015 die een week daarna begon, was zijn eerste grote eindtoernooi. Coutinho was daarna actief voor Brazilië op onder meer de Copa América Centenario en het WK 2018. Hij maakte op 9 juni 2016 tijdens de tweede groepswedstrijd van de Copa América Centenario een hattrick tegen Haïti. Coutinho won met zijn landgenoten de Copa América 2019.