Arrizabalaga 2012-ben tagja volt az Európa-bajnok spanyol U19-es korosztályos csapatnak. A torna során kezdőként minden találkozón ő védett, a Franciaország elleni elődöntőben a 3-3-as döntetlent követően a büntetőpárbajban két tizenegyest is hárított. Sérülése miatt maradt le a 2013-as U20-as világbajnokságról, ahol Rubén Yáñez helyettesítette. 2013. november 8-án mutatkozhatott be az U21-es válogatottban, ahol összesen 22 alkalommal lépett pályára.