I 2005 ble Ramos en umiddelbar suksess etter at han debuterte på Spanias U21-landslag, hvor han til slutt endte på seks kamper. Den 26. mars samme år debuterte han på A-landslaget i en treningskamp mot , hvor vant 3-0. Han var kun 18 år da han debuterte på landslaget, noe som betydde at han ble den yngste spilleren på 55 år i landslagssammenheng. Denne rekorden ble senere slått igjen av Cesc Fàbregas.