Robinho a brazil válogatottban először a 2003-as CONCACAF-aranykupa tornán, Mexikó ellen kapott lehetőséget a csapatban. Tagja volt a 2005-ös konföderációs kupára készülő keretnek, ahol Brazília aranyérmes lett. Négy-öt mérkőzésen kapott lehetőséget, leginkább csereként számoltak vele. Robinho azonban megmutatta valódi formáját a Copa Américában 2007-ben. A 11-es mezszámot kapta, melyet a gyerekkori példaképe, Romário viselt. Robinho a tornán Chile ellen (3-0) mesterhármast szerzett, Ecuadort (1-0) egy tizenegyessel intézte el. Megkapta a sorozat legjobb góllövőjének járó díjat, az Aranycipőt is. A válogatottal rész vett 2009-ben a Konföderációs kupán. Minden mérkőzésen játszott, a döntőt 3-2-re nyerték meg az USA ellen. A 2010-es világbajnokságon részt vevő keretnek is tagja volt, a csapat a negyeddöntőig menetelt, Hollandia állta útjukat, tőlük kaptak ki 2-1-re.