In juni 2005 was Llorente met het Spaans jeugdelftal actief op het WK Onder-20 in Nederland. In de groepsfase maakte Llorente vijf doelpunten, waarvan vier tegen Chili. Het Spaanse team werd in de kwartfinale door latere kampioen Argentinië uitgeschakeld. Llorente speelde ook enkele malen voor het Baskisch elftal. Zijn eerste doelpunt voor dit team maakte hij in oktober 2006 tegen Catalonië.