W reprezentacji Brazylii Cafu zadebiutował 12 września 1990 roku w przegranym 3:0 pojedynku z Hiszpanią. Pierwszego gola w drużynie narodowej zdobył 8 czerwca 1994 roku w zwycięskim 8:2 spotkaniu z Hondurasem. W tym samym roku Cafu po raz pierwszy w karierze wystąpił na mundialu. Brazylijczycy na amerykańskich boiskach po raz czwarty w historii zdobyli Mistrzostwo Świata, lecz sam Cafu na turnieju pełnił rolę rezerwowego. W trzech pojedynkach wchodził na boisko z ławki rezerwowych, między innymi w finałowym spotkaniu z Włochami, kiedy to już w 21 minucie musiał zastąpić kontuzjowanego Jorginho. W 1997 roku Cafu zwyciężył w rozgrywkach Copa América oraz Pucharze Konfederacji. Rok później Mário Zagallo powołał go do kadry reprezentacji Brazylii na kolejne Mistrzostwa Świata. Tym razem ekipa „Canarinhos” musiała uznać wyższość Francuzów, którzy w meczu finałowym wygrali 3:0. 7 listopada 2001 roku podczas wygranego 2:0 pojedynku z Chile Cafu po raz setny zagrał w reprezentacji swojego kraju. Brazylijczyk wystąpił także na Mistrzostwach Świata 2002 oraz Mistrzostwach Świata 2006. Turniej w Korei Południowej i Japonii zakończył się zwycięstwem podopiecznych Luiza Felipe Scolariego, natomiast w Niemczech „Canarinhos” odpadli już w ćwierćfinale. Na każdej z tych imprez Cafu był podstawowym piłkarzem swojego zespołu. Po mundialu 2006 wychowanek São Paulo FC zakończył reprezentacyjną karierę. Dla drużyny narodowej rozegrał łącznie 142 spotkania i strzelił pięć bramek. Jest rekordzistą kraju pod względem największej liczby występów w reprezentacji Brazylii.