Integrou a Seleção Brasileira entre 2000 e 2011, recebendo a braçadeira de capitão da equipe em 2006, após o técnico Dunga ter assumido. Lúcio acumulou uma série de conquistas importantes pela "Seleção Canarinha", como a Copa do Mundo FIFA de 2002, a Copa das Confederações de 2005 e a Copa das Confederações de 2009, quando marcou o gol do título.