Hernanes teve sua primeira convocação para a Seleção Brasileira em 22 de janeiro de 2008, para um amistoso contra a Irlanda, mas estreou somente em 26 de março, contra a Suécia, entrando no decorrer do segundo tempo.
Foi titular da Seleção Brasileira nos Jogos Olímpicos de Pequim 2008, marcando o gol da vitória na estreia contra a Bélgica e, conquistando, posteriormente, a medalha de bronze para o país. Entretanto, após as Olimpíadas, não teve mais chances na Seleção do então treinador Dunga, ficando de fora da Copa do Mundo FIFA de 2010.
Com a chegada de Mano Menezes na Seleção, Hernanes retornou à Seleção após dois anos, participando do amistoso contra os Estados Unidos, em 10 de agosto de 2010.
Depois de atuar no futebol europeu e, após alguns meses fora, a boa fase vivida na Lazio fez com que seu nome fosse quase aclamado por torcedores e jornalistas esportivos, e novas chances na Seleção naturalmente aconteceriam. Foi convocado para o amistoso contra a França, em 9 de fevereiro de 2011, em Paris. Apesar do bom futebol apresentado em seu clube, Hernanes não demonstrou bom futebol em seu retorno à Seleção e foi expulso após uma violenta entrada sobre o francês Karim Benzema, ainda no primeiro tempo da partida. Coincidentemente, Benzema foi o autor do único gol da partida, e o Brasil terminou derrotado por 1 a 0.
Com a chegada de Luiz Felipe Scolari em 2013, Hernanes retornou à Seleção, sendo convocado em maio para a Copa das Confederações. No dia 9 de junho, num amistoso contra a França, em Porto Alegre, Hernanes entrou no segundo tempo, com o jogo 1 a 0. O meia mudou a cara do time, marcou o segundo gol da equipe e viu o Brasil vencer uma grande seleção após três anos. Vitória por 3 a 0, se redimindo da derrota de 2011.
Foi convocado para atuar pela Seleção na Copa do Mundo FIFA de 2014 disputada no Brasil.
