W reprezentacji Urugwaju zadebiutował 8 lutego 2007 w wygranym meczu towarzyskim przeciwko Kolumbii. Wówczas został wyrzucony z boiska w 85. minucie po zgromadzeniu dwóch żółtych kartek. Na Mistrzostwach Świata 2010 w meczu ćwierćfinałowym przeciwko Ghanie Suárez otrzymał czerwoną kartkę w ostatniej doliczonej minucie dogrywki za obronę piłki ręką na linii bramkowej. Ghana nie wykorzystała rzutu karnego, a Urugwaj wygrał w serii rzutów karnych i awansował do półfinału. 24 lipca 2011 został wybrany najlepszym piłkarzem na turnieju Copa America, jednocześnie zwyciężając w rozgrywkach odbywających się w Argentynie. Reprezentacja Urugwaju zdobyła tytuł mistrzowski po raz piętnasty, ustalając w ten sposób nowy rekord liczby tytułów. Dotychczasowy rekord Urugwaj dzielił z Argentyną. Na Mistrzostwach Świata w 2014 w grupowym meczu przeciwko Włochom po raz trzeci w karierze zdarzyło mu się ugryźć zawodnika, tym razem był to Giorgio Chiellini. Z tego powodu został zawieszony przez FIFĘ na 4 miesiące rozgrywek klubowych oraz 9 meczów reprezentacji. Poza tym na Suáreza nałożono karę 100 tys. franków szwajcarskich.