Barzagli ilk olarak 2004 yılında çağrıldığı millî takımda şu ana kadar 60 kez forma şansı buldu. Profesyonel sporculuk kariyerinde 2004 Yaz Olimpiyatları futbol müsabakalarında bronz madalya kazanmıştır. 2 FIFA Dünya Kupası'nda, 3 Avrupa Futbol Şampiyonası'nda ve 2013 FIFA Konfederasyonlar Kupası'nda görev almıştır.