Ambrosini, ilk millî maçını 1999 Nisan ayında Hırvatistan'a karşı oynadı. Ayrıca 2000 Avrupa Futbol Şampiyonası ve 2000 Yaz Olimpiyatları'nda da takım kadrosundaydı fakat takımı, yedekte olduğu bir maçta Fransa'ya karşı yenilince turnuvaya veda etti.2002 FIFA Dünya Kupası'nda sakatlığı nedeniyle yer alamadı ve aynı kaderi 2004 Avrupa Futbol Şampiyonası ve 2006 FIFA Dünya Kupası'nda da yaşadı.