Júlio César był reprezentantem Brazylii. Razem ze swoją reprezentacją zdobył Copa America w 2004 roku i w finale tej imprezy po serii rzutów karnych został bohaterem. Był również powołany na Mistrzostwa Świata w 2006 roku, ale pełnił na nich funkcję rezerwowego. W 2009 roku zajął z reprezentacją pierwsze miejsce w Pucharze Konfederacji rozgrywanym w Republice Południowej Afryki. Na MŚ 2010 wystąpił we wszystkich 5 meczach swojej drużyny, docierając z ekipą Brazylii do ćwierćfinału, w którym ulegli Holendrom 2:1 po dwóch golach Sneijdera. 26 czerwca 2013 roku podczas meczu Pucharu Konfederacji, obronił rzut karny wykonywany przez Diego Forlana. 30 czerwca w finale tego turnieju wraz z reprezentacją pokonał reprezentację Hiszpanii 3:0 mając przy tym swój wkład dzięki swym interwencjom. W związku ze swoimi świetnymi występami w Pucharze Konfederacji został najlepszym bramkarzem turnieju, otrzymując Złote Rękawice Adidas.