Con la Selección de fútbol de Italia, Facchetti hizo su debut en 1963, disputaría 94 partidos con la "Squadra Azzurra", un récord por aquel entonces de participación con la selección italiana que solo batirían tiempo después Dino Zoff, Paolo Maldini, Fabio Cannavaro, Gianluigi Buffon y Gianluca Zambrotta, Llevó además el brazalete de capitán en 70 partidos. Con Italia, disputó los mundiales de 1966, 1970 y 1974, y formó también parte de la selección italiana que ganó la Eurocopa 1968.