Avec la sélection nationale, il est champion olympique 2008 et buteur de la finale remportée 1-0 face au Nigeria sur la pelouse du Stade national de Pékin. Ángel Di María fait partie de l'équipe d'Argentine finaliste de la Coupe du monde 2014 au Brésil. Il atteint également avec l'équipe nationale la finale de la Copa América à trois reprises en 2015, 2016 et 2021, édition qu'il remporte en étant l'unique buteur de la finale.