Meski lahir di Brasil, Motta juga memegang kewarganegaraan Italia. Setelah membuat dua penampilan untuk negara kelahirannya pada tahun 2003, ia kemudian mewakili tim nasional Italia sebanyak 30 kali sejak melakukan debutnya pada tahun 2011, dan berhasil mencetak satu gol. Ia tampil di Piala Dunia FIFA 2014 dan dua Kejuaraan Eropa bersama Italia, menjadi "runner-up" di Euro 2012.