Филипе Луис выступал за сборную Бразилии на молодёжном чемпионате мира 2005 года, на котором его сборная заняла третье место. В начале августа 2009 года Филипе был вызван в основную сборную Бразилии на товарищеский матч против Эстонии, который должен был состояться 12 августа в Таллине. В сборной Филипе заменил травмированного защитника Марсело, выступающего за «Реал Мадрид». Но в матче, в котором бразильцы победили со счётом 0:1, Филипе так и не сыграл. Дебютировать в сборной Филипе удалось 15 октября в последнем матче отборочного турнира к чемпионату мира 2010, при этом главный тренер бразильцев Дунга доверил Филипе место в основном составе с первых минут. В игре Филипе был заменён, вместо него на 75-й минуте вышел полузащитник Алекс Мескини. Игра завершилась вничью 0:0.