Hamšík maakte zijn debuut in het Slowaaks voetbalelftal op 7 februari 2007 in een vriendschappelijke wedstrijd tegen Polen (2–2). Hij viel in dat duel na 81 minuten in voor Igor Žofčák. Op 14 oktober 2009 werd Hamšík aanvoerder van de nationale ploeg, waarmee hij deelnam aan het wereldkampioenschap voetbal 2010 in Zuid-Afrika. Met Slowakije nam hij eveneens deel aan het Europees kampioenschap voetbal 2016 in Frankrijk. Martin Škrtel nam de aanvoerdersband van Hamšík over. Slowakije werd in de achtste finale uitgeschakeld door Duitsland (0–3).