Tuilagi gab sein Nationalmannschaftsdebüt im August 2011 gegen Wales und legte dort auch seinen ersten Versuch. Für die darauf folgende Weltmeisterschaft in Neuseeland wurde er nominiert, kam dabei in fünf Spielen der Engländer zum Einsatz und erzielte zwei Versuche. Im ersten Spiel gegen Argentinien war er 20 Jahre und 115 Tage alt und damit der jüngste WM-Spieler Englands in der Geschichte. 2013 wurde in die Reihen der British and Irish Lions aufgenommen. Er wurde im abschließenden Spiel der siegreichen Testserie gegen Australien eingewechselt. In den folgenden Jahren hatte er zahlreiche Verletzungen, sodass er zwischen dem Juni 2014 und den Six Nations 2019 nur zwei Mal für England auflief. 2019 wurde er für seine zweite Weltmeisterschaft nominiert.