Amb 68 gols en 111 partits amb el Brasil des que va debutar als 18 anys, Neymar és el segon màxim golejador de la seva selecció, només per darrere de Pelé. Va ser una peça clau en les victòries del Brasil en el Campionat Sud-americà Juvenil de 2011, on va acabar com a màxim golejador, i en la Copa FIFA Confederacions de 2013, on va guanyar la Pilota d'Or com a millor jugador del torneig. La seva participació a la Copa Mundial de la FIFA 2014 i a la Copa Amèrica de 2015 es va veure frenada per una lesió i una suspensió, respectivament, abans de capitanejar al Brasil en la seva primera medalla d'or olímpica en futbol masculí en els Jocs Olímpics d'Estiu de 2016. Dos anys després, després de renunciar a ser capità, va participar a la Copa Mundial de la FIFA 2018 i, després de perdre la Copa Amèrica 2019 per una lesió, va ajudar al Brasil a ser subcampió en el torneig de 2021.