A nivel internacional, Di María se formó en las , debutando en el Campeonato Sudamericano sub-20 de 2007. Luego, saldría campeón de la Copa Mundial sub-20 de 2007 y los , donde en este último sería fundamental para la obtención de la medalla de oro al anotar el ante Nigeria. Con la categoría absoluta, Di María debutaría en las Eliminatorias al Mundial de Sudáfrica 2010, y disputaría de tres Copas del Mundo, llegando a la final en la edición de 2014, donde no podría disputar el partido tras lesionarse en cuartos de final. También disputaría de cinco Copas América, llegando a la finales de 2015 y 2016, y ganando la edición de 2021, en donde volvería a ser fundamental en la final al anotarle el a la anfitriona, Brasil, que le daría el primer título a la Argentina tras 28 años de sequía.