13 июля 2003 года Робиньо дебютировал в сборной Бразилии в матче против Мексики. 9 февраля 2005 года забил первый мяч за сборную в игре против команды Гонконга (7:1). В июне 2005 года забил два мяча на Кубке конфедераций в Германии (в ворота Греции и Японии). На чемпионате мира 2006 года в основном выходил на замену, в стартовом составе сыграл только в матче с Японией (4:1). Голами не отметился. Основными игроками в нападении бразильцев были Роналдо, Роналдиньо, Адриано и Кака. В отсутствии нападающих, принимавших участие в чемпионате мира 2006 года, был незаменимым на Кубке Америки 2007 года. Выступал под номером 11, который раньше носил Ромарио. Робиньо забил 4 гола на групповом этапе, включая хет-трик в ворота Чили. Потом два гола в четвертьфинале против сборной Чили (6:1). В финале Бразилия обыграла Аргентину со счётом 3:0. Робиньо получил золотую бутсу и награду лучшему игроку Кубка Америки. Участвовал в чемпионате мира 2010 года, где забил два мяча (в ворота сборных Чили и Нидерландов), однако не был включён Луисом Фелипе Сколари в состав сборной на домашний чемпионат мира.