Sorín werd in 1995 wereldkampioen met Argentinië op het WK onder-20. Hij speelde zijn eerste interland voor het Argentijns nationaal elftal op 14 februari 1995 tegen Bulgarije. Nadien nam de verdediger met zijn land deel aan de Wereldbeker 2002, de Copa América 2004, de Confederations Cup 2005 en de Wereldbeker 2006, met wisselend succes. In 2002 was Argentinië van de grote favorieten voor de wereldtitel, maar "Los Gaúchos" waren na de groepsronde al uitgeschakeld. Op de Copa América 2004 en de Confederations Cup 2005 bereikte Sorín met Argentinië de finale, maar op beide toernooien was Brazilië in de eindstrijd te sterk. Op het WK 2006 was Sorín aanvoerder bij de Argentijnen en ditmaal werd de kwartfinale gehaald. Duitsland was hierin na strafschoppen te sterk.