Sinds 2004 fluit Undiano Mallenco tevens op internationaal niveau. In 2007 was hij scheidsrechter in de finale van het wereldkampioenschap voetbal onder 20 jaar in Canada. Hij was actief op het WK 2010 in Zuid-Afrika, waar hij wedstrijden Duitsland-Servië, Noord-Korea-Ivoorkust en Nederland-Slowakije leidde. In de eerste wedstrijd deelde hij zeven gele kaarten en één rode (aan Miroslav Klose) uit.