Zambrotta foi convocado pelo novo técnico Roberto Donadoni para representar a Itália na Euro 2008, disputada na Áustria e na Suíça. Ele jogou em todos os jogos da Itália no torneio. Na primeira partida da fase de grupos, a Itália enfrentou a Holanda e Zambrotta não esteve bem na derrota por 3 a 0. No jogo seguinte, contra a Romênia, Zambrotta cometeu um erro defensivo que resultou no gol da Romênia, marcado por Adrian Mutu. Christian Panucci, no entanto, marcou apenas um minuto depois para empatar o jogo em 1 a 1. Perto do final da partida, a Romênia teve um pênalti a favor, mas o goleiro italiano Gianluigi Buffon defendeu o chute de Mutu, garantindo um empate em 1 a 1. A Itália derrotou a França por 2 a 0 em sua última partida pela fase de grupos para avançar às quartas-de-final. Nas quartas, a "Azzurri" caiu para a Espanha nos pênaltis (4 a 2) depois de um empate em 0 a 0.