Op 28 maart 2009 debuteerde Mata in het Spaans nationaal elftal. In een WK-kwalificatiewedstrijd tegen Turkije kwam hij in de tweede helft in het veld als vervanger van David Villa. In 2010 won Mata met Spanje het WK. Op 1 juli 2012 maakte hij het vierde doelpunt in de finale tussen Spanje en Italië (4–0) op het EK 2012.