Op 26 februari 1997 maakte Vieira zijn debuut voor Frankrijk, in een met 2–1 gewonnen oefenduel tegen "Oranje". Hij moest in dat duel na achtenzeventig minuten plaatsmaken voor Bruno N'Gotty. Met het Franse nationale elftal won hij het WK van 1998 in eigen land en het EK van 2000 in Nederland &amp; België. Ook won hij met Frankrijk de FIFA Confederations Cup in 2001 en 2003. Hoewel hij deel uitmaakte van de Franse selectie voor het EK voetbal 2008 in Zwitserland en Oostenrijk kwam hij in geen van de drie groepsduels in actie vanwege een slepende blessure aan zijn linkerdijbeen.