Odriozola lần đầu tiên được chọn vào đội tuyển U-21 quốc gia Tây Ban Nha bởi Albert Celades và giúp đội lọt vào trận chung kết Giải vô địch U-21 châu Âu 2017. Anh có trận đấu quốc tế chính thức đầu tiên cho Tây Ban Nha vào ngày 6 tháng 10 năm 2017 trong chiến thắng 3–0 trước Albania ở vòng loại FIFA World Cup 2018. Anh đã chơi toàn bộ trận đấu này và đã thực hiện một pha kiến tạo cho bàn thắng của Thiago Alcântara giúp đội lọt vào World Cup với tư cách là đội nhất bảng.[20]

Odriozola có tên trong danh sách 23 người tham dự FIFA World Cup 2018 ở Nga.[21] Anh ghi bàn thắng đầu tiên cho Tây Ban Nha vào ngày 3 tháng 6 năm 2018 trong trận hòa 1–1 với Thụy Sĩ ở Villarreal.[22]