Nilmar nåede i sin tid som landsholdsspiller (2003-2011) at spille 24 kampe og score ni mål for Brasiliens landshold, som han debuterede for den 13. juli 2001 i et opgør mod Mexico. Han har siden da været med til at vinde Confederations Cup 2009, og var også i truppen til VM i 2010 i Sydafrika.