За репрезентацију је почео да игра у марту 2010. године. Бонучи ја за италијански национални тим одиграо 31 утакмицу и постигао два гола. Са репрезентацијом је освојио друго место на Европском првенству 2012. у Украјини и Пољској, као и треће масто на Купу конфедерација 2013. у Бразилу. У полуфиналном мечу Купа конфедерација 2013. против Шпаније промашио је одлучујући пенал за пласман у финале.