Wílmar Barrios fait partie de la liste des 18 joueurs colombiens sélectionnés pour disputer les Jeux olympiques d'été de 2016. Lors du tournoi, il dispute 4 rencontres. Puis, il est nommé dans la liste provisoire de la sélection pour la Copa América Centenario, mais non retenu parmi les 23 joueurs colombiens sélectionnés pour disputer la compétition.