Op 3 juni 2014 werd bekend dat Luongo was opgeroepen voor de Australische selectie op het WK 2014 in Brazilië. Met zijn land nam Luongo deel aan het Aziatisch kampioenschap voetbal 2015 in eigen land, waar hij met Australië de finale bereikte. Die finale werd op 31 januari 2015 gewonnen van Zuid-Korea (1–2 na verlenging). In de vijfenveertigste minuut had hij de score geopend op aangeven van Trent Sainsbury. Luongo nam in juni 2017 met Australië deel aan de FIFA Confederations Cup in Rusland, waar in de groepsfase eenmaal werd verloren en tweemaal werd gelijkgespeeld.