De Jong speelde van 2008 tot en met 2009 voor Nederland –19 en van 2009 tot en met 2013 voor Jong Oranje. Hij werd op 7 februari 2011 voor het eerst opgeroepen voor het Nederlands elftal. Oorspronkelijk was De Jong die week een van de afvallers van de voorlopige selectie. Nadat na afmeldingen van Rafael van der Vaart en Nigel de Jong Robin van Persie zich ziek meldde, ontving De Jong alsnog een uitnodiging voor een oefenwedstrijd tegen Oostenrijk. Hij was de tweeëntwintigste debutant in Oranje onder bondscoach Bert van Marwijk en mocht in de 74e minuut invallen voor Dirk Kuijt. Ook Kevin Strootman debuteerde in die wedstrijd. In zijn derde interland was De Jong voor het eerst trefzeker voor Oranje. In een kwalificatiewedstrijd voor het EK 2012 uit tegen Finland scoorde hij in de blessuretijd de 0-2 op aangeven van Eljero Elia, nadat hij in het veld was gekomen voor Klaas-Jan Huntelaar. De Jong kreeg op 26 mei 2012 te horen dat hij de definitieve selectie voor het EK in Polen en Oekraïne had gehaald. Bij de laatste schifting viel zijn broer Siem wel af. Luuk kreeg rugnummer 18 toebedeeld van bondscoach Van Marwijk. Speeltijd kreeg hij niet op het toernooi, waarin het Nederlands elftal in de groepsfase uitgeschakeld werd na een drietal nederlagen.