Với 64 bàn thắng trong 103 trận cho Brazil kể từ khi ra mắt ở tuổi 18, Neymar là cầu thủ ghi bàn nhiều thứ hai của Đội tuyển bóng đá quốc gia Brasil. Anh là cầu thủ quan trọng trong chiến thắng của Brazil tại Giải vô địch trẻ Nam Mỹ năm 2011, tại đây anh là cầu thủ ghi nhiều bàn nhất và Liên đoàn Confederations Cup 2013, với danh hiệu Quả bóng vàng của giải. Anh tham gia Giải bóng đá vô địch thế giới 2014 và Cúp bóng đá Nam Mỹ 2015, sau đó có một giai đoạn chấn thương và phải ngừng thi đấu, nhưng năm sau, anh trở thành đội trưởng đội tuyển Brazil giành huy chương vàng Olympic đầu tiên của họ môn bóng đá nam tại Thế vận hội Mùa hè 2016.