Fierro também teve passagens pelas seleções sub-20 e sub-23 de seu país, até chegar à Seleção Chilena Principal, em 2006. Gonzalo estreou na Seleção comandada por Nelson Acosta em um amistoso diante da Colômbia. Um ano mais tarde, participou da Copa América de 2007. Em 2008, no entanto, ficou de fora do selecionado e só conseguiu recuperar o seu espaço já no final das Eliminatórias para a Copa do Mundo. Em 2010 participou do elenco de La Roja na Copa do Mundo FIFA, porém não atuou 1 minuto sequer, ficando no banco de reservas durante toda a competição.