Cancelo fue fijo en las categorías inferiores de la . Fue convocado con la selección sub-19 de para el Campeonato Europeo de la UEFA Sub-19 2012 disputado en Estonia. Al año siguiente participó en el Campeonato Europeo de la UEFA Sub-19 2013 en Lituania y en la Copa Mundial de Fútbol Sub-20 de 2013 de Turquía. Participó también en 2014 en el Torneo Esperanzas de Toulon y disputó 8 partidos con la selección la sub-21. Con la ha sido internacional en 12 ocasiones y ha marcado 3 goles. Debutó el 1 de septiembre de 2016 en un encuentro amistoso ante la selección de que finalizó con marcador de 5-0 a favor de los portugueses.