Orellana debuteerde op 24 september 2008 in het Chileens voetbalelftal. Op die dag werd een oefeninterland tegen Mexico met 0–1 gewonnen. De middenvelder begon in de basis en werd vier minuten voor tijd gewisseld. Hij kwam in 2010 met Chili uit op het WK in Zuid-Afrika. Tijdens dit toernooi kwam hij uit tijdens het groepsduel tegen Spanje. Orellana maakte eveneens deel uit van de selectie van bondscoach Jorge Sampaoli op het WK 2014 in Brazilië. Hij won in 2016 de Copa América Centenario met zijn landgenoten.