Zur Vorbereitung für die WM 2014 wurde Hernangómez ins Trainingslager der A-Nationalmannschaft berufen, war jedoch letztlich nicht Teil des Endrundenkaders. Sein Debüt für die spanische Auswahl feierte er schließlich am 11. August 2015 im Zuge der Vorbereitung für die Basketball-EM gegen Belgien und wurde bei dem Turnier mit seinem Land Europameister. 2016 gewann er bei den Olympischen Spielen mit Spanien die Bronzemedaille und bei der EM 2017 ebenfalls Bronze. 2019 wurde er mit Spanien Weltmeister.