W reprezentacji Włoch Cassano zadebiutował w 2003. Wystąpił między innymi na Mistrzostwach Europy 2004 oraz Mistrzostwach Europy 2008. Pod koniec 2008 zrezygnował z gry w drużynie narodowej. Powołania do kadry dla Cassano domagały się między innymi liczne media, jednak Marcello Lippi nie widział dla Cassano miejsca w składzie. Do reprezentacji włoski gracz powrócił w sierpniu 2010. W lipcu 2012 wywalczył z nią 2. miejsce na Mistrzostwach Europy 2012. Reprezentował Włochy również na Mistrzostwach Świata 2014.