Massimo Luongo wurde erstmals im Vorfeld der Weltmeisterschaft 2014 in den Kader der australischen Nationalmannschaft berufen. Im Vorbereitungsspiel gegen Ecuador am 5. März 2014 wurde er erstmals aufgeboten und kam auch als Einwechselspieler zum Einsatz. Er nahm an der WM-Vorbereitung teil und Anfang Juni wurde bekanntgegeben, dass er zum 23-köpfigen Aufgebot Australiens für das Turnier in Brasilien gehört, bei dem er jedoch nicht zum Einsatz kam. Im Januar 2015 gewann er mit der australischen Fußballnationalmannschaft die Fußball-Asienmeisterschaft 2015 und wurde zudem zum besten Spieler des Turniers ausgezeichnet. Außerdem stand er im Kader für die Fußball-Weltmeisterschaft 2018 in Russland, bei der Australien in der Vorrunde nach zwei Niederlagen gegen Frankreich und Peru und einem Unentschieden gegen Dänemark noch in der Vorrunde ausschied. Luongo blieb ohne Einsatz.