Cancelo debutoval v portugalském národním týmu v roce 2016 poté, co si prošel všemi mládežnickými reprezentacemi, za které odehrál 75 zápasů, ve kterých vstřelil 3 góly. Byl také součástí Portugalské reprezentace do 21 let, která se na Mistrovství Evropy v roce 2015 probojovala až do finále. Objevil se i v nominaci seniorské reprezentace na finálový turnaj Ligy Národů v roce 2019, který na domácí půdě Portugalsko zvítězilo.