Sorín var i en årrække en nøglespiller på Argentinas landshold, som han repræsenterede ved både VM i 2002 og VM i 2006. Ved 2006-udgaven var han holdets anfører. Han var også en del af trupperne til Copa América i både 1999 og 2004, samt til Confederations Cup 2005. I alt nåede han 76 landskampe, hvori han scorede tolv mål.