De Gea giúp U17 Tây Ban Nha vô địch Giải vô địch bóng đá U17 châu Âu 2007,[19] và giành ngôi á quân giải vô địch U-17 thế giới 2007.[20]

Đầu tháng 5 năm 2010, với phong độ ấn tượng ở Atlético, anh được huấn luyện viên Vicente del Bosque gọi vào danh sách sơ bộ dự World Cup 2010;[19] tuy vậy, sau đó anh đã bị loại.[20]

Năm 2011, anh là thành viên của đội tuyển U21 Tây Ban Nha vô địch Giải U21 châu Âu 2011.[20]

Năm 2014, De Gea lên đường đến Brasil tham dự World Cup 2014 cùng đội tuyển quốc gia Tây Ban Nha. Anh có cơ hội bắt chính sau màn trình diễn tệ hại của Iker Casillas trong trận ra quân nhưng không may, anh bị chấn thương và phải chia tay World Cup sớm.

Năm 2016, De Gea có tên trong danh sách tham dự Euro 2016 tổ chức tại Pháp để bảo vệ chức vô địch của đội tuyển Tây Ban Nha. Ở giải đấu này, anh được bắt chính cả ba trận vòng bảng trước các đối thủ Cộng hòa Séc, Croatia và Thổ Nhĩ Kỳ. Tuy nhiên, đội tuyển Tây Ban Nha đã phải dừng bước ở vòng 16 đội sau thất bại trước đội tuyển Ý.