Atuou pela Seleção Argentina em 44 ocasiões. A sua estreia foi no dia 31 de janeiro de 2004, num jogo contra Honduras, na qual a Argentina venceu por 3 a 1. A sua prestação no River Plate fez com que ele fosse convocado para a Seleção para participar nos Jogos Olímpicos, competição onde ganhou a medalha de ouro. No ano seguinte, em 2005, participou na Copa das Confederações, na Alemanha, e acabou em segundo lugar perdendo a final com o Brasil. Em 2006, a Seleção conseguiu se classificar para a Copa do Mundo daquele ano, realizada na Alemanha, mas Lucho lesionou-se durante o torneio. Recuperou-se a tempo de jogar as quartas-de-final contra a Seleção Alemã, mas a "Albiceleste" perdeu na disputa por pênaltis. Participou também na Copa América de 2007, tendo ficado em segundo lugar.