Với đội tuyển quốc gia của mình, Lucio đã ra mắt lần đầu tiên vào năm 2000. Anh ấy đã giữ chức vô địch thế giới lần thứ năm cho Seleçao, tại World Cup 2002 ở Nhật Bản và Hàn Quốc. Sau đó, anh đã ghi bàn thắng quyết định trong trận chung kết Cúp Liên đoàn các châu lục năm 2009. Vào thời điểm thi đấu quốc tế cuối cùng vào năm 2011, Lucio là cầu thủ được chọn nhiều thứ ba trong lịch sử của đội tuyển Brazil. Sau đó, anh ấy được vượt qua bởi Dani Alves.