César har spelat 44 matcher för brasilianska landslaget och var med då de vann Copa América 2004. Han var även med som tredjemålvakt under VM 2006 i Tyskland, men spelade inga matcher. Därefter tog han över rollen som förstemålvakt i Brasilien och startade varje match i såväl kvalet som turneringen VM 2010 och VM 2014. Julio César startade även den förödande 1-7 förlusten mot Tyskland i semi-finalen 2014 vilket skulle komma att bli hans näst sista match i den brasilianska tröjan.