La prima partita che Andres Ambühl giocò per la nazionale svizzera fu al Campionato Mondiale U18 nel 2001. Partecipò inoltre al Campionato Mondiale U20 nel 2002 e 2003. Dal 2004 difende i colori della nazionale maggiore, di cui è diventato uno dei punti di riferimento, e con la quale ha disputato il Campionato Mondiale nelle edizioni 2004, 2005, 2006, 2007, 2008 e 2009. Giocò inoltre le Olimpiadi invernali nel 2006 a Torino e nel 2010 a Vancouver. In occasione del mondiale del 2013 conquistò la medaglia d'argento, la prima in carriera.