Fabio Cannavaros erste Einsätze waren für die U-21 Nationalmannschaft Mitte der 1990er Jahre unter Cesare Maldini. Dort spielte er in der Innenverteidigung zusammen mit Alessandro Nesta und bildete ein Erfolg versprechendes Duo, das 1994 und 1996 die U-21 Europameisterschaft gewann. Seither vertrat er Italien bei vier Weltmeisterschaften (1998 in Frankreich, 2002 in Japan und Südkorea, 2006 in Deutschland sowie 2010 in Südafrika). Er war außerdem bei zwei Europameisterschaften (2000 in Belgien und den Niederlanden sowie 2004 in Portugal) für Italien aktiv.