Barnetta je bil del moštva, ki je leta 2002 osvojilo Evropsko prvenstvo do 17 let. Njegova tedanja soigralca sta bila še dva vidna reprezentanta njegove generacije, Philippe Senderos in Reto Ziegler. V člansko reprezentanco je bil prvič vpoklican za Evropsko prvenstvo 2004, a tam ni nastopil. Postopoma je pričel odigravati vedno vidnejšo vlogo tudi v reprezentanci in na Svetovnem prvenstvu 2006 se je na tekmi proti Togu vpisal med strelce. V osmini finala so se Švicarji nato pomerili z Ukrajino. Tekma se je zavlekla v streljanje enajstmetrovk, pri katerih so bili Ukrajinci uspešnejši s 3-0. Eden tistih Švicarjev, ki so zgrešili enajstmetrovko, je bil tudi Barnetta. Barnetta je imel čast nastopiti tudi na domačem Evropskem prvenstvu 2008, ki pa je bilo za švicarsko reprezentanco neuspešno, saj se niso uspeli prebiti v izločilne boje. Švica je v svoji skupini celo zasedla zadnje 4. mesto, za Portugalsko, Turčijo in Češko. Barnetta je bil eden ključnih mož pri odličnih predstavah Švice v kvalifikacijah za Svetovno prvenstvo 2010, v katerih se je njegova reprezentanca uvrstila na prvo mesto svoje kvalifikacijske skupine, pred drugouvrščeno Grčijo.