In 2006 werd Gasol opgenomen in het Spaanse nationale team voor het FIBA Wereldkampioenschap 2006 in Japan als vervanger van NBA-drafte Fran Vázquez. Spanje won de gouden medaille in Japan, evenals op het EuroBasket 2009. Hij won ook zilveren medailles op de EuroBasket 2007, de Olympische Zomerspelen van 2008
, en de Olympische Zomerspelen 2012. Hij won zijn tweede wereldkampioenschapstitel met het Spaanse team op het FIBA Wereldkampioenschap 2019 in China.