James Neal esordì nella nazionale U18 nel mondiale del 2005, giocando sei partite con una rete ed un assist. Nel dicembre del 2006 fu chiamato per prendere parte al mondiale U-20 del 2007; senza mettere a segno alcun punto riuscì comunque a vincere con il Canada la medaglia d'oro. Due anni dopo fece il suo esordio nella nazionale maggiore in occasione dell'edizione dei Mondiali del 2009 disputata in Svizzera, uscendo tuttavia dal roster alla fine del primo turno a causa di un infortunio; nelle sole tre partite giocate segnò una rete e fornì due assist. Nel 2011 invece disputò i mondiali in Slovacchia.