Panucci também foi um defensor regular na Seleção Italiana entre 1994 e 2008, atuando em 57 partidas e marcando quatro gols, o último deles contra a Romênia, pela Euro 2008. Ele também representou seu país na Copa do Mundo de 2002 e na Euro 2004. Durante sua passagem pela Seleção, foi culpado pelo gol que deu a vitória para a Coreia do Sul nas oitavas de final da Copa de 2002, quando um passe errado iniciou a jogada do gol de Seol Ki-hyeon.