Gila đã chơi cho đội tuyển Ý ở Thế vận hội 2004 tại Athena và giành huy chương đồng. Anh cũng tham gia vào đội U21 tham gia vào giải Euro U21 và giành chức vô địch. Anh cũng là thành viên của đội tuyển Ý vô đich World Cup 2006. Anh chơi 2 trận đầu và ghi được 1 bàn trong trận gặp Mỹ. Sau đó ở trận bán kết gặp Đức anh vào sân thay người và đóng góp vào chiến thắng 2-0 của đội Ý.

Các đội tuyển trẻ

Cuối mùa giải 2003-2004, dù thể hiện phong độ ấn tượng với 23 bàn thắng và nhận được sự ủng hộ của dư luận Italia nhưng Gilardino không được huấn luyện viên đội tuyển Ý khi đó là Giovanni Trapattoni triệu tập vào đội hình tham dự Euro 2004 mùa hè năm đó tại Bồ Đào Nha [54] với lý do anh còn quá trẻ và ông đã có 2 tiền đạo cắm chất lượng khác là Christian Vieri và Bernando Corradi.[55] Italia năm đó bị loại từ vòng bảng bởi phong độ tệ hại của Vieri và Corradi (cả hai đều không ghi được bàn thắng nào), còn Gilardino toả sáng ở Vòng chung kết U-21 châu Âu với chức vô địch cùng đội U-21 Italia cùng hai danh hiệu cá nhân Vua phá lưới và Cầu thủ xuất sắc nhất. Hè năm đó Gilardino cùng đội Olympic Italia dự Thế vận hội Olympic 2004, ghi 5 bàn và giành Huy chương Đồng môn bóng đá nam.

Gilardino hiện là Vua phá lưới đội U-21 Italia với 19 bàn thắng trong 30 trận.

Giai đoạn đầu với Lippi

Sau Olympic 2004, Gilardino được Marcello Lippi chọn vào đội tuyển quốc gia. Ở tuổi 22, anh được đá ra mắt trong trận đấu thuộc vòng loại World Cup giữa Italy gặp NaUy (2-1) ngày 4 tháng 12 năm 2004. Ngày 13 tháng 10, anh ghi bàn thắng đầu tiên cho đội tuyển quốc gia trong trận Italy gặp Belarus (4-3). Giai đoạn này, Lippi thường bố trí anh đá cặp với Luca Toni.

Anh là thành viên góp mặt trong đội hình đội tuyển Italia vô địch FIFA World Cup 2006. Anh chơi 2 trận đầu tiên, ghi bàn ở trận đấu với đội tuyển Mỹ (hòa 1-1) bằng một tình huống đánh đầu sau cú đá phạt của Andrea Pirlo. Ở trận bán kết gặp Đức, sau vào sân từ băng ghế dự bị, anh để lại ấn tượng bằng tình huống bỏ lỡ đáng tiếc khi sút bóng đập cột dọc ở khoảng cách chỉ 3m. Rất may sau đó, anh đã sửa sai bằng một pha bỏ bóng tinh tế kiến tạo cho Alessandro Del Piero nâng tỉ số lên 2-0 ở phút bù giờ cuối cùng, dứt điểm trận đấu từ đó đưa Italia đến trận chung kết.

Thời Donadoni

Ngày 17 tháng 10 năm 2007, lần đầu tiên Gilardino được đeo băng đội trưởng đội tuyển quốc gia trong trận giao hữu quốc tế với đội tuyển Nam Phi khi Daniele De Rossi được thay ra nghỉ. Đó là trận đấu Italia dành chiến thắng 2-0. Tuy nhiên, trong mùa giải 2007-2008 tại A.C. Milan, anh chỉ ghi được 7 bàn thắng sau 30 lần ra sân. Với phong độ không tốt, anh đã không được Roberto Donadoni chọn vào đội tuyển quốc gia tham dự Euro 2008.

Sự trở lại của Lippi

Gilardino được gọi trở lại đội tuyển quốc gia vào 20/8/2008, ngay sau khi Lippi trở lại vị trí HLV trưởng đội tuyển Italia. Anh đánh dấu sự trở lại của mình bằng cách ghi bàn thắng đầu tiên trong trận hòa 2-2 với đội tuyển Australia.

Tháng 6 năm 2009, Lippi triệu tập Gilardino cho giải đấu Cúp Liên đoàn các châu lục 2009 tại Nam Phi. Gilardino đã thể hiện một phong độ cực cao khi ghi bàn 2 bàn thắng trong trận đấu giao hữu với tuyển New Zealand trước giải đấu. Thế nhưng, Italia lại phải dừng bước ngay vòng đầu thua sau trận thua Brazil.

Ngày 10 tháng 10 năm 2009, Gilardino ghi bàn gỡ hòa 2-2 ngay phút 89 trong trận đấu vòng loại FIFA World Cup 2010 với Ireland, từ đó giúp Italia vươn lên ngôi nhất bảng và được tham dự vòng chung kết, bắt đầu chiến dịch bảo vệ Cup vàng. Bàn thắng được anh mô tả sau này là bàn thắng quan trọng nhất trong sự nghiệp của mình.

Ngày 14 tháng 10 năm 2009, Gilardino lập một Hat-trick chỉ trong vòng 13 phút cuối trận, giúp Italia lội ngược dòng 3-2 thành công trong trận đấu với Cộng hòa Síp. Tuy nhiên trái ngược với phong độ đó, FIFA World Cup 2010 lại là một kỉ niệm buồn với Gilardino khi Italia bị loại ngay từ vòng bảng.

Thời kỳ Prandelli