Nenê Hilário pouco defendeu a Seleção Brasileira, sempre alegando motivos pessoais, o que é motivo de reclamação por grande parte dos torcedores. Teve uma participação apagada no Pré Olímpico das Américas em Las Vegas, onde saiu lesionado. Convocado para o Campeonato Mundial de 2010, participou de praticamente toda a preparação, mas acabou cortado devido a uma lesão. Em 2012, no retorno da seleção aos Jogos Olímpicos depois de 16 anos de ausência, ele fez parte da equipe comandada pelo técnico Rubén Magnano, que conquistou o 5º lugar nos Jogos Olímpicos de 2012, em Londres, se destacando especialmente nos rebotes e nos tocos e foi um mestre no basquete.