Mit der Nationalmannschaft der Vereinigten Staaten nahm Antonio Davis an der Weltmeisterschaft 2002 teil. Vor heimischem Publikum startete die Mannschaft mit 3:0 Siegen aus der Vorrunde in das Turnier und traf dabei unter anderem auf die Nationalmannschaft Deutschlands. In der Zwischenrunde verlor Davis Mannschaft am 4. September 2002 gegen Argentinien mit 87-80. Dies war die erste Niederlage einer Nationalmannschaft der USA, wenn NBA-Spieler eingesetzt wurden. Davor waren die USA in 57 Spielen ungeschlagen geblieben. Nachdem man im Viertelfinale gegen Jugoslawien und schließlich im Spiel um Platz Fünf den Spaniern unterlag, sprang am Ende lediglich ein enttäuschender sechster Platz heraus.