Gasol voitti Espanjan maajoukkueessa pronssia vuoden 2001 EM-kilpailuista sekä hopeaa vuosien 2003 ja 2007 EM-kilpailuista. Vuoden 2006 MM-kilpailuista hän voitti kultaa. Ateenan kesäolympialaisissa 2004 Gasol voitti pistekuninkuuden. Gasol valittiin myös vuoden 2006 MM-kilpailuiden parhaaksi pelaajaksi, vaikka hän joutui jättämään turnauksen loppuottelun väliin murrettuaan vasemman jalkansa Argentiinaa vastaan pelatussa välieräottelussa. Loukkaantuminen piti Gasolin sivussa pelikentiltä joulukuun 2006 puoliväliin asti. Kesällä 2008 Gasol voitti maajoukkueessa olympiahopeaa Pekingistä. Vuoden 2014 MM-kilpailuissa Gasol voitti pistekuninkuuden ja paikan turnauksen tähdistöviisikkoon.