Morata được triệu tập đội tuyển U-17 Tây Ban Nha ở giải 2009 FIFA World Cup tại Nigieria. Anh thi đấu 4 trận, có được 2 bàn thắng. Sau đó, Morata đại diện cho đội tuyển U-19 Tây Ban Nha tham dự Japan International Tournament, và giúp cho đội bóng của mình giành ngôi Á quân.

Morata cũng có mặt trong đội hình của U-19 Tây Ban Nha tại 2011 UEFA European Under-19 Championship được tổ chức ở Romania. Với 6 bàn thắng (nhiều bàn thắng nhất giải), anh đã đóng góp vô cùng quan trọng cho chức vô địch của đội bóng. Tại 2013 European U-21 Championships ở Israel, anh cũng đã đóng góp vào chiến thắng trước Nga và Đức ở vòng bảng bằng các bàn thắng lần lượt ở phút thứ 82 và 86, rồi khép lại bảng đấu sau khi mở tỉ số để đội bóng chiến thắng đậm 3 - 0 trước Hà Lan. Cuối cùng đội tuyển U-21 Tây Ban Nha đã lên ngôi, Morata cũng trở thành vua phá lưới của giải (4 bàn thắng).

Năm 2016, Morata được huấn luyện viên Vicente del Bosque triệu tập tham dự Euro 2016 diễn ra trên đất Pháp. Trong trận đấu mở màn gặp Thổ Nhĩ Kỳ, anh đã lập cú đúp giúp Tây Ban Nha vượt qua đối thủ với tỉ số 3-0. Ở lượt trận cuối gặp Croatia, Morata chính là người bàn thắng mở tỉ số trận đấu nhưng chung cuộc Croatia đã lội ngược dòng thắng lại 2-1. Tuy nhiên, đội tuyển Tây Ban Nha đã phải dừng bước ở vòng 16 đội sau khi để thua Ý với tỉ số 0-2

Tiền đạo này được kỳ vọng sẽ thay thế Fernando Torres trong những trận đấu quan trọng của đội tuyển trong tương lai và nếu có phong độ cao, chắc hẳn vị trí của anh vẫn vững chắc ở cấp độ ĐTQG