Ma'a Nonu participe à trois éditions de la coupe du monde. Il dispute tout d'abord l'édition 2003 disputée en Australie, disputant trois rencontres, contre l'Italie, le Canada où il est titulaire et inscrit un essai, et les Tonga. pour le mondial 2011, où les All Blacks évolue à domicile, il participe à six rencontres, toutes en tant que titulaire, face aux Tonga, le Japon, la France, l'Argentine, l'Australie et de nouveau la France, en finale. Il est de nouveau sélectionné pour l'édition 2015 en Angleterre, étant titulaire face à l'Argentine, remplaçant contre la Namibie et titulaire contre les Tonga. Il dispute les trois rencontres de la phase finale en tant que titulaire, le quart de finale face à la France, la demi-finale face à l'Afrique du Sud et la finale face à l'Australie.