Endō là thành viên đội tuyển U-20 Nhật Bản giành vị trí á quân tại Giải vô địch bóng đá U-20 thế giới năm 1999 tại Nigeria. Năm 2000, anh cùng đội tuyển U-23 Nhật Bản tham dự Thế vận hội Mùa hè 2000.

Endō bắt đầu thi đấu cho Đội tuyển bóng đá quốc gia Nhật Bản từ năm 2002 trong trận đấu giao hữu với Argentina. Không được chọn tham dự World Cup 2002 tổ chức tại quê nhà, anh đã có giải đấu lớn đầu tiên cùng đội tuyển Nhật Bản là Cúp bóng đá châu Á 2004, giải đấu mà Nhật Bản giành chức vô địch sau khi đánh bại Trung Quốc 3-1 trong trận chung kết.[10] Tại Cúp bóng đá châu Á 2007, Endō có một bàn thắng, trong trận thắng đội tuyển Việt Nam 4-1 tại vòng bảng bằng một quả sút phạt trực tiếp.[11] Anh có danh hiệu vô địch Cúp bóng đá châu Á lần thứ hai cùng đội tuyển Nhật Bản vào năm 2011.

Tại World Cup 2006, Endō được triệu tập vào đội tuyển Nhật Bản nhưng đã không được ra sân trong cả ba trận đấu vòng bảng. Bốn năm sau, anh được huấn luyện viên Okada Takeshi tạo cơ hội góp mặt tại World Cup 2010.[12] Ngày 24 tháng 6, trong trận đấu cuối cùng của vòng bảng World Cup 2010 với Đan Mạch, Endō đã có pha sút phạt trực tiếp đẹp mắt đánh bại thủ môn Đan Mạch Thomas Sorensen nâng tỉ số lên 2-0 cho Nhật Bản. Trong trận này, anh còn một pha sút phạt khác làm bóng chạm cột dọc.[13] Chiến thắng chung cuộc 3-1 giúp đội tuyển Nhật Bản chính thức giành quyền vào vòng 1/16.

Ngày 12 tháng 10 năm 2010, trong trận giao hữu với Hàn Quốc, anh trở thành cầu thủ thứ tư có 100 lần khoác áo đội tuyển Nhật Bản. Ngày 16 tháng 10 năm 2012, Endo chính thức trở thành cầu thủ có số lần khoác áo đội tuyển nhiều nhất, với trận đấu thứ 123, vượt qua kỷ lục cũ 122 trận của Ihara Masami trong trận giao hữu thua đậm Brasil 4-0.[14][15] Đến năm 2014, anh đã khoác áo đội tuyển quốc gia 145 lần.[16]

Ở tuổi 34, anh tiếp tục có tên trong danh sách 23 cầu thủ Nhật Bản tham dự World Cup 2014 tại Brasil[17] và được vào sân từ băng ghế dự bị trong hai trận đấu với Côte d'Ivoire và Hy Lạp. Tuy nhiên, đội tuyển Nhật Bản đã rời giải ngay sau đó khi chỉ giành được 1 điểm, chỉ ghi được 2 bàn thắng và bị thủng lưới 6 bàn.

Tháng 12 năm 2014, Endo được tân huấn luyện viên Javier Aguirre điền tên vào đội hình đội tuyển Nhật Bản tham dự Cúp bóng đá châu Á 2015 tại Úc.[18] Anh chính là người ghi bàn thắng đầu tiên của đội tuyển Nhật Bản tại giải đấu này trong chiến thắng 4-0 trước Palestine.[19] Trong trận đấu vòng bảng thứ hai với Iraq ngày 16 tháng 1 năm 2015, anh được ra sân ngay từ đầu và đây chính là trận đấu thứ 150 của anh cho đội tuyển.[20] Tuy nhiên, đội tuyển Nhật Bản đã bị loại khỏi tứ kết ở giải đấu này khi để thua Các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống nhất với tỉ số 4–5 trên chấm 11m sau khi hai đội hòa nhau với tỉ số 1–1 sau 120 phút thi đấu.

Ngày 23 tháng 1 năm 2015, sau kì Asian Cup 2015 không thành công của đội tuyển Nhật Bản, Endō Yasuhito chính thức giã từ đội tuyển quốc gia Nhật Bản sau 13 năm gắn bó, tổng cộng anh đã 152 lần khoác áo đội tuyển quốc gia và ghi được 15 bàn thắng.