Pela Seleção Espanhola, começou atuando pelo sub-17 na Copa do Mundo de 2003 na Finlândia. Como resultado de seu desempenho no Arsenal, ele foi chamado para a seleção principal em 2006. Cesc jogou a Copa do Mundo de 2006, e foi peça-chave nas conquistas da Eurocopas de 2008 e 2012, e da Copa do Mundo de 2010, onde deu a assistência para Andrés Iniesta fazer o gol do titulo na final contra a Holanda.