Kléber debütierte am 31. Januar 2002 beim Länderspiel gegen Bolivien in der brasilianischen Fußballnationalmannschaft. Mit Brasilien nahm er am Konföderationen-Pokal 2003 teil, wo er in allen Partien Brasiliens zum Einsatz kam. Nachdem er fast vier jahre lang nicht für die Nationalmannschaft gespielt hatte, wurde er im März 2007 erstmals wieder berufen und nahm auch an der Copa América 2007 teil, welche er mit Brasilien gewann. Am 12. September 2007 schoss er beim Freundschaftsspiel gegen Mexiko sein erstes Tor. Im Juni 2009 nahm er am Konföderationen-Pokal 2009 teil, welchen er mit Brasilien gewann.