Milito pelasi Argentiinan maajoukkueessa 42 ottelua ja teki niissä yhden maalin vuosina 2000–2011. Hän oli mukana vuoden Maanosaliittojen cupissa 2005, MM-kilpailuissa 2006 pelaten vain jatkopaikan kannalta merkityksettömässä alkulohko-ottelussa Alankomaita vastaan sekä vuosien 2007 ja 2011 Copa Américassa.