En , Yūki Nagasato est sélectionnée en équipe nationale du Japon pour les éliminatoires des Jeux olympiques d'été de 2004. Lors de cette compétition, le , elle fait ses débuts contre la Thaïlande. Elle fait également partie de l'équipe japonaise aux Jeux olympiques d'été de 2008 et à la Coupe du monde 2007. Elle remporte avec sa sélection la Coupe du monde 2011. Elle entre en jeu lors de la finale contre les États-Unis qui va jusqu'aux tirs aux buts. Son tir est arrêté par Hope Solo, mais le Japon sort victorieux. Elle est ensuite vice-championne du monde en 2015 et médaillée d'argent aux Jeux olympiques d'été de 2012.