Alonso debuterade för det spanska landslaget den 30 april 2003 i en vänskapsmatch mot Ecuador, vilket Spanien vann 4–0. Han har deltagit i tre EM-turneringar (EM 2004, EM 2008) samt EM 2012) och har vunnit EM 2008 samt EM 2012. Han var även med i VM 2006, VM 2010 och VM 2014. Han lyckades även plocka med sig hem en guldmedalj från VM 2010.