Alex Sandro voitti Brasilian joukkueessa alle 20-vuotiaiden maailmanmestaruuden 2011. Hän pelasi avauskokoonpanossa Brasilian toisessa alkulohko-ottelussa mutta joutui loukkaantumisen vuoksi vaihtoon jo 13 minuutin pelin jälkeen. Hän saavutti olympiahopeaa Lontoon olympialaisissa 2012. Hän voitti Brasilian A-maajoukkueessa Copa Américan 2019. Hän pelasi täydet minuutit välierässä ja loppuottelussa sekä tuli vaihdosta kentälle kahdessa aiemmassa ottelussa. Alex Sandro on pelannut kaikkiaan 23 A-maaottelua ja teki toistaiseksi ainoan maaottelumaalinsa lokakuussa 2018 ystävyysottelussa Saudi-Arabiaa vastaan.