Marquinhos membuat debut antarabangsa untuk Brazil pada tahun 2013, dan merupakan sebahagian daripada pasukan bawah-21 yang memenangi Kejohanan Toulon 2014. Dia juga mewakili negara di Copa América 2015 dan tahun berikutnya Copa América Centenario, dan memenangi pingat emas di Olimpik 2016. Dia kemudian mengambil bahagian di Piala Dunia FIFA 2018, Copa América 2019 dan Copa América 2021, memenangi gelaran 2019.