Chema Rodríguez bestritt 127 Länderspiele für die spanische Nationalmannschaft, bei denen er 159 Tore warf. Er gewann mit Spanien Gold bei der Weltmeisterschaft 2005 sowie Silber bei der Europameisterschaft 2006. Bei der Weltmeisterschaft 2007 in Deutschland schied er mit Spanien bereits im Viertelfinale gegen Deutschland aus und belegte am Ende den siebten Platz. 2011 gewann er mit dem Nationalteam bei der Weltmeisterschaft die Bronzemedaille.