Ο Καζεμίρο, επίσης, έχει αγωνιστεί στα μικρά τμήματα της Εθνικής Βραζιλίας, U17 και U20, ενώ από το 2011 είναι βασικό στέλεχος της Εθνικής Ανδρών, συμμετέχοντας σε δύο Κόπα Αμέρικα, το 2015 και το 2016.