Maajoukkueessa van Persie debytoi Romaniaa vastaan 4. kesäkuuta 2005. Seuraavassa ottelussa Suomea vastaan hän teki ensimmäisen maajoukkuemaalinsa. Hänet valittiin 2006 MM-kisajoukkueeseen. Hän pelasi myös jalkapallon EM-kisoissa 2008 tehden kaksi maalia. Van Persie oli Hollannin kanssa voittamassa MM-kisoissa 2010 hopeaa. Hollanti hävisi finaalin Espanjalle 1–0.