Pembélé spielte bereits in diversen Jugendnationalmannschaften Frankreichs. Er war unter anderem bei der U17-EM und U-17-WM 2019. Im Juli 2021 wurde er für den Olympia-Kader der Franzosen berufen. In einem Testspiel vor dem Turnier gegen die Südkoreaner debütierte er für das Team. Beim finalen Turnier spielte er einmal gegen Japan im letzten Gruppenspiel bei der 0:4-Niederlage.