২০০৫ সালে, মার্সেলো ব্রাজিল অনূর্ধ্ব-১৭ দলের হয়ে ব্রাজিলের বয়সভিত্তিক পর্যায়ে অভিষেক করেছিলেন। ব্রাজিলের বয়সভিত্তিক দলের হয়ে খেলার পর, তিনি ২০০৬ সালে ব্রাজিলের হয়ে আন্তর্জাতিক পর্যায়ে অভিষেক করেছেন; ব্রাজিলের জার্সি গায়ে তিনি এপর্যন্ত ৫৮ ম্যাচে ৬টি গোল করেছেন। তিনি ব্রাজিলের হয়ে এপর্যন্ত ২টি ফিফা বিশ্বকাপে (২০১৪ এবং ২০১৮)। এছাড়াও তিনি ব্রাজিলের হয়ে ২০১৩ ফিফা কনফেডারেশন্স কাপের শিরোপা জয়লাভ করেছেন।