Pada level internasional, Bonucci telah tampil 101 kali sejak debut di pada 2010; ia mewakili Italia di dua Piala Dunia FIFA (2010 dan 2014), dua Kejuaraan Eropa (2012 dan 2016), dan Piala Konfederasi FIFA (2013), ia membawa Italia menjadi "runner-up" pada Euro 2012, dan berada di tempat ketiga pada Piala Konfederasi FIFA 2013.