На међународном нивоу, Пирло је фудбалер са највише наступа у репрезентацији Италије, са 116 наступа између 2000. и 2015. Наступао је за селекције Италије до 15, 18 и 21 годину. Као капитен, водио је репрезентацију до 21 године до титуле на Европском првенству 2000, гдје је био најбољи стријелац и добио је награду "Златни играч". За сениорску репрезентацију дебитовао је у септембру 2002. и био је капитен репрезентације на Олимпијским играма 2004. Касније, био је један од главних играча у освајању Свјетског првенства 2006, на којем је добио награду за играча утакмице три пута, више него било који други играч и изабран је у идеални тим првенства. На Европском првенству 2012, предводио је Италију до финала, такође освојивши награду за играча утакмице три пута, што је, заједно са Андресом Инијестом, највише на првенству, гдје је такође изабран у идеални тим. Наступао је и на Европским првенствима 2004 и 2008, Свјетским првенствима 2010 и 2014 и на Купу конфедерација 2009 и 2013, на којем је изабран у идеални тим, након што је Италија завршила на трећем мјесту.