Po pół roku gry w Arezzo Ranocchia otrzymał powołanie do kadry U-20. Tam też się sprawdził i jeszcze w tym samym roku został przesunięty do reprezentacji U- 21. 21 sierpnia 2007 podczas wygranego 2:1 meczu z Francją Ranocchia zadebiutował w reprezentacji Włoch do lat 21. W lipcu 2008 Pierluigi Casiraghi umieścił piłkarza na rezerwowej liście kadry na Igrzyska Olimpijskie w Pekinie. W 2009 Ranocchia znalazł się w 23-osobowym zespole powołanym na mistrzostwa Europy do lat 21, na których wywalczył wraz z reprezentacją brązowy medal. 17 listopada 2010 roku zadebiutował w seniorskiej reprezentacji Włoch w spotkaniu z Rumunią (1:1), rozegranym w austriackim Klagenfurcie. Znalazł się w szerokiej kadrze reprezentacji Włoch na Euro 2012, jednak selekcjoner Cesare Prandelli zdecydował się pozostawić go w kraju.