Bersama pasukan kebangsaan Brazil, Lúcio telah menikmati beberapa kejayaan di peringkat antarabangsa antaranya memenangi Piala Dunia 2002, Piala Konfederasi 2005 dan Piala Konfederasi 2009. Sejak persaraan Kaká, beliau merupakan satu-satunya pemain Brazil yang menjuarai Piala Dunia 2002 yang masih aktif dalam meneruskan karier bola sepak.