James zaliczył 10 spotkań w reprezentacji Anglii U-21, w której zadebiutował w pojedynku z Irlandią. W seniorskiej kadrze zadebiutował 29 marca 1997 w towarzyskim spotkaniu z Meksykiem. Przez pierwsze lata gry był zmiennikiem Davida Seamana. W roku 2002 Sven-Göran Eriksson powołał go na mistrzostwa świata. Na tym turnieju Anglia dotarła do ćwierćfinału, w którym przegrała 1:2 z Brazylią a sam James nie wystąpił w żadnym spotkaniu. 10 sierpnia tego samego roku w meczu z Macedonią Seaman popełnił błąd i wychowanek Watfordu stał się numerem 1. Dwa lata później ten sam selekcjoner powołał go na Euro. Na tej imprezie "The Three Lions" znów dotarli do ćwierćfinału. James wystąpił we wszystkich meczach. W roku 2006 dostał został także powołany na następny mundial. Tym razem Anglicy dotarli do ćwierćfinału, w którym polegli w rzutach karnych z Portugalią. James nie wystąpił w żadnym pojedynku. W 2010 roku Fabio Capello powołał go na mistrzostwa świata. W RPA Anglicy dotarli do 1/8 finału gdzie przegrali z Niemcami 1:4. A sam David James rozegrał 3 mecze na tym turnieju po czym zakończył karierę w reprezentacji Anglii. Dotychczas w barwach narodowych wystąpił 53 razy.