Anh cũng phá kỷ lục là cầu thủ trẻ nhất từng thi đấu tại đội tuyển U21 Ý khi mới 17 tuổi 28 ngày vào tháng 3 năm 2016. Sáu tháng sau, anh có trận ra mắt trong một trận thi đấu quốc tế, trở thành thủ môn trẻ nhất từng khoác áo đội tuyển Ý khi mới 17 tuổi 189 ngày. Donnaruma đã thi đấu cho đội tuyển quốc gia Ý tại UEFA Euro 2020 và giành danh hiệu cầu thủ xuất sắc nhất giải.