W 2006 roku Gasol został wybrany do reprezentacji Hiszpanii na Mistrzostwa Świata FIBA 2006 w Japonii jako zastępca Fran Vázqueza. Hiszpania zdobyła złoty medal w Japonii, a także na EuroBasket 2009. Zdobył również srebrne medale na EuroBasket 2007, Letnich Igrzyskach Olimpijskich 2008
, i Letnie Igrzyska Olimpijskie 2012. Zdobył swój drugi tytuł mistrza świata z drużyną hiszpańską na Mistrzostwach Świata FIBA 2019 w Chinach.