A primeira competición de Gasol coa selección española de baloncesto foi o EuroBasket de 2001, despois de gañar o Campionato Europeo FIBA Sub-18 de 1998 e o Campionato Mundial FIBA Sub-19 de 1999 cos equipos xuvenís españois. Estando considerado, contra a súa propia vontade, o líder do equipo, Gasol terminou coa medalla de bronce na competición. Desde entón, Gasol tivo moito éxito co equipo español, gañando o Campionato do Mundo FIBA de 2006 e os torneos EuroBasket de 2009 e 2011, sendo elixido como o xogador máis valioso nos dous primeiros; tamén gañou medallas de prata nos EuroBasket de 2003 e 2007 e nos Xogos Olímpicos de 2008 e 2012.
- Non. Gasol foi tamén o xogador máis punteador dos Xogos Olímpicos de 2004, e o abanderado de España na cerimonia de apertura dos Xogos Olímpicos de 2012, substituíndo ao lesionado Rafael Nadal. En 2014, Gasol foi nomeado para o equipo All-tournament da Copa Mundial de Baloncesto FIBA 2014. No EuroBasket 2015, Gasol foi nomeado MVP da competición, despois de algunhas actuacións sorprendentes, cunha media de 25.6 puntos e 8.8 rebotes por partido (foi o líder da competición en puntos por partido e 4o en rebotes por partido). Durante os partidos eliminatorios da competición, Gasol inspirou ao equipo español que carecía de moitas das súas estrelas como Ricky Rubio, Juan Carlos Navarro, Álex Abrines e o seu irmán Marc Gasol. Gasol anotou 40 puntos na semifinal contra Francia, que foi a metade dos puntos do seu equipo. O xogador de 35 anos tamén foi nomeado o líder da competición en tiros bloqueados por partido (2.3). O 7 de setembro de 2017, nun partido contra Hungría, Gasol converteuse no máximo goleador de todos os tempos da FIBA EuroBasket, superando a Tony Parker con 1.033 puntos. Terminou con 1.183 puntos totais anotados no EuroBasket.