Ivan Cavaleiro hat von der U17- bis zur U21-Nationalmannschaft Portugals alle Stationen durchlaufen. Mit der U20-Auswahl nahm er an der U20-WM 2013 teil, wo er in vier Spielen zum Einsatz kam. Am 14. August 2013 debütierte Cavaleiro bei einem Freundschaftsspiel gegen die Schweiz für die U-21-Auswahl. Das Spiel endete mit einem 5:2-Sieg, bei dem Cavaleiro einen Hattrick erzielte. Am 5. März 2014 gab Cavaleiro unter Nationaltrainer Paulo Bento sein Debüt in der A-Nationalmannschaft.