Denilson đã chơi và làm đội trưởng cho mọi cấp độ đội tuyển kể từ khi anh là thành viên đội U-15.[12] Anh là đội trưởng đội U-17 về nhì ở giải U-17 thế giới 2005. Vào tháng 11 năm 2006, Denilson được gọi vào đội tuyển bóng đá quốc gia Brasil cho trận giao hữu với đội tuyển bóng đá quốc gia Thụy Sĩ để thay thế Gilberto Silva người không thể tham dự trận đấu vì lý do cá nhân.[13] Tuy nhiên, anh không thể có trận ra mắt, khi anh chỉ là cầu thủ dự bị và không được sử dụng trong trận đấu.