Xavi có trận đầu tiên cho đội tuyển bóng đá quốc gia Tây Ban Nha vào ngày 15 tháng 11 năm 2000 trong trận gặp Hà Lan và từ đó đến nay, anh luôn có mặt trong đội hình Tây Ban Nha. Anh từng tham dự Thế vận hội Mùa hè 2000 tại Sydney, đoạt huy chương bạc và Giải vô địch bóng đá châu Âu 2004 tại Bồ Đào Nha nhưng đã Tây Ban Nha bị loại ngay vòng đấu bảng. Cơ hội đến World Cup 2006 của anh tưởng chừng bị đe dọa khi anh bị chấn thương nặng nhưng huấn luyện viên Luis Aragonés vẫn tin tưởng vào anh.[3] Anh là cầu thủ thi đấu năng nổ và xuất sắc nhất trong trận đầu tiên gặp đội tuyển Ukraina[4] và thi đấu trọn 3 trận còn lại của Tây Ban Nha trước khi bị đội tuyển Pháp loại ở vòng 1/16.

Xavi tiếp tục góp mặt tại Euro 2008. Ngày 27 tháng 6, anh trở thành người hùng của Tây Ban Nha khi ghi bàn mở tỉ số ở phút 50 trong trận bán kết gặp đội tuyển Nga, phá vỡ thế bế tắc của trận đấu và chung cuộc Tây Ban Nha thắng Nga 3-0, lọt vào chung kết Euro 2008 gặp đội tuyển Đức.[5]

Trong trận chung kết diễn ra vào ngày 29 tháng 6, Xavi đã cùng đồng đội đánh bại đội tuyển Đức 1-0 để lần đầu tiên giành danh hiệu vô địch Euro. Đây là chức vô địch 1 giải đấu lớn đầu tiên tại đội tuyển quốc gia của Xavi. Với việc góp công lớn trong việc đưa đội tuyển Tây Ban Nha lên ngôi vô địch Euro 2008, anh đã được nhận danh hiệu cầu thủ xuất sắc nhất giải do UEFA bầu chọn, vượt qua các danh thủ khác như Michael Ballack, Lukas Podolski, Andrei Arshavin, Hamit Altintop,...[6]

Sau thành công tại Euro 2008, Xavi cùng với Tây Ban Nha đã đoạt chức vô địch World Cup 2010 tại Nam Phi sau khi đánh bại Hà Lan 1 - 0 trong trận chung kết với bàn thắng của Andrés Iniesta. Trong 7 trận đấu tại Giải bóng đá vô địch thế giới 2010, Xavi đã thể hiện xuất sắc vai trò tiền vệ trung tâm, có 599 đường chuyền chính xác trong số 669 đường chuyền (đạt tỷ lệ 89%).

Vào ngày 5 tháng 8 năm 2014, sau World Cup 2014 mà Tây Ban Nha đã bị loại từ vòng bảng, Xavi tuyên bố giã từ sự nghiệp thi đấu bóng đá quốc tế sau 133 lần khoác áo đội tuyển quốc gia trong khoảng thời gian 14 năm và ghi được 13 bàn thắng.