30 maja 2016 został powołany przez selekcjonera Adama Nawałkę do kadry Polski na Mistrzostwa Europy 2016. Na turnieju pełnił funkcję drugiego bramkarza, jednak z powodu kontuzji Wojciecha Szczęsnego wystąpił w zremisowanym 0:0, drugim meczu fazy grupowej przeciwko reprezentacji Niemiec. Był to debiut Fabiańskiego na wielkim turnieju. Z powodu wspomnianego urazu Szczęsnego, rozegrał w bramce reprezentacji także wszystkie następne mecze Polski na Euro 2016 i dotarł z drużyną do ćwierćfinału, gdzie Polska odpadła przegrywając konkurs rzutów karnych z Portugalią.