Sau đó, anh được gọi thường xuyên cho đội trẻ của đội tuyển Tây Ban Nha, Asensio bắt đầu được gọi lên đội tuyển U21 Tây Ban Nha vào ngày 26 tháng 3 năm 2015, thay thế cho vua phá lưới Gerard Deulofeu trong một trận giao hữu trong chiến thắng 2-0 trước Na Uy ở Cartagena. Vào tháng 7, anh chính là một phần chiến thắng của Đội tuyển U19 Tây Ban Nha tại giải UEFA European Championship ở Hy Lạp, nơi anh đã từng ghi cả hai bàn thắng trong một chiến thắng trước Pháp ở trận bán kết ở Katerini vàpo pút thứ 88 và phút bù giờ.

Vào ngày 17 tháng 5 năm 2016, Asensio và một người đồng đội khác ở Espanyol là Pau Lopez đã được gọi lên Đội tuyển bóng đá Tây Ban Nha để chuẩn bị cho một trận giao hữu trước Bosna và Hercegovina. Anh bắt đầu thi đấu cho Đội tuyển bóng đá Tây Ban Nha vào ngày 29, bắt đầu trong chiến thắng 3-1 trước Thụy Sĩ.