È stato uno dei punti fermi della Nazionale iberica fin dalle Olimpiadi di Sydney del 2000: ha infatti partecipato a tutte le competizioni internazionali della Spagna fino al suo ritiro. Ha vinto un oro, 2 argenti e un bronzo ai campionati Europei (su 5 partecipazioni), l'argento olimpico di Pechino 2008 ma soprattutto i mondiali 2006 in Giappone. Garbajosa fu infatti grande protagonista della rassegna iridata, segnando 20 punti nella finale (con 6 triple messe a segno) e risultando il topscorer con Juan Carlos Navarro; a fine torneo (12,6 ppg, 5,3 rpg) viene inserito nel quintetto ideale della competizione. I Mondiali 2010, i suoi terzi dopo 2002 e 2006, sono stati la sua ultima competizione di rilievo con i colori della nazione iberica.