Für Italien spielte Ambrosi bereits in der U18-Nationalmannschaft bei der Weltmeisterschaft 2005 und der U20-Auswahl bei der Weltmeisterschaft 2007 jeweils in der Division I. 2010 debütierte er in der A-Nationalmannschaft der Italiener, für die er bisher 19 Länderspiele absolvierte und mit der er bei der Weltmeisterschaft 2013 die Rückkehr in die Top-Division erreichte.