A felnőttválogatottba 2003. február 12-én hívták be először a Románia elleni barátságos mérkőzésen. Hivatalosan 2003. március 29. óta az olasz válogatott tagja. A 2004-es Európa-bajnokságban alapembernek számított, 3 meccsen egy gólt szerzett. A tornán nagyon hamar, a csoportkörben búcsúzott Olaszország. A 2006-os világbajnokságon Perrotta a csapattal együtt a döntőbe menetelt, ahol tizenegyesekkel megverték a francia válogatottat.