Nesta memulakan kariernya sebagai pemain bawah-21 yang memenangi Kejohanan Eropah 1996. Beliau tampil dalam aksi final menentang Sepanyol apabila beliau menyudahkan tendangan keempat Itali dalam aksi kemenangan 4-2.[30] Menjelang beberapa bulan kemudian, beliau disenaraikan ke dalam skuad Itali ke kejohanan Euro 1996 di England oleh Arrigo Sacchi. Namun begitu, beliau tidak tampil dalam sebarang perlawanan yang menyaksikan Itali tersingkir di peringkat kumpulan. Beliau berpeluang melakukan kemunculan sulungnya untuk Azzurri ketika di bawah pengurus Cesare Maldini dalam perlawanan kelayakan Piala Dunia 1998 menentang Moldova pada 5 Oktober 1996. Beliau seterusnya melakukan tujuh penampilan dalam kempen kelayakan tersebut.[31] Di kejohanan Piala Dunia 1998, Nesta beraksi dalam semua perlawanan peringkat kumpulan dengan membentuk barisan pertahanan bersama Paolo Maldini, Fabio Cannavaro, Alessandro Costacurta dan Giuseppe Bergomi.[32][33][34] Beliau tidak dapat beraksi dalam perlawanan seterusnya berikutan kecederaan yang kemudiannya Itali tersingkir kepada tuan rumah dan bakal juara, Perancis di peringkat suku akhir menerusi penentuan penalti.[35][14][36]

Selepas menjadi tonggak utama pertahanan Itali dalam kempen kelayakan Euro 2000 di bawah kendalian Dino Zoff, Nesta tampil dalam barisan kesebelasan utama Itali di UEFA Euro 2000 dengan membentuk pertahanan bersama pemain Paolo Maldini dan Fabio Cannavaro sepanjang kejohanan. Itali hanya dibolosi dua jaringan gol dalam laluan ke final serta berjaya menghasilkan tiga perlawanan tanpa bolos sepanjang kejohanan iaitu menentang tuan rumah Belgium di peringkat kumpulan[37] dan kedua menentang Romania di peringkat suku akhir yang mana beliau menjadi pemain terbaik perlawanan.[38][39] Dalam pertembungan separuh akhir menentang Belanda, Itali yang bermain sepuluh orang pemain berjaya menyingkirkan tuan rumah tersebut dalam penentuan penalti selepas terikat seri tanpa jaringan selepas masa tambahan.[40] Itali mara ke aksi final menentang juara dunia Perancis. Impian Itali lebur apabila David Trezeguet menjaringkan gol emas pada masa tambahan bagi Perancis mengecewakan Itali dalam dua kejohanan berturut-turut.[41] Nesta bersama rakan pertahanannya iaitu Maldini dan Cannavaro terpilih ke dalam pasukan terbaik kejohanan.[42]

Sesudah kejohanan Euro 2000, Nesta kekal sebagai pilihan pertama pemain pertahanan Itali walaupun di bawah pengurus baru Giovanni Trapattoni untuk persiapan cabaran Piala Dunia 2002. Semasa kejohanan itu, beliau berpasangan dengan Cannavaro dan berjaya memelihara gawang pasukan tanpa bolos dalam aksi pembukaan menentang Ecuador.[43] Walau bagaimanapun, sekali lagi belenggu kecederaan memaksanya untuk tidak beraksi dan beliau hanya mampu menyaksikan pasukannya tersingkir di pusingan kalah mati dalam aksi kontroversi menentang Korea Selatan.[44] Nesta kemudiannya tampil dalam aksi kelayakan Euro 2004. Kekecewaan Itali di kejohanan besar terus berlanjutan apabila ia tersingkir di peringkat kumpulan walaupun berkongsi mata dengan pasukan-pasukan yang layak ke pusingan berikutnya iaitu Denmark dan Sweden.[45] Nesta beraksi dalam kesemua perlawanan tersebut dan memastikan Itali tidak dibolosi dalam aksi pembukaan menentang Denmark.[14][46][47]

Berikutan dua kekecewaan berturut-turut, pengurus baharu Marcelo Lippi mengekalkan khidmat Nesta di bahagian pertahanan dalam aksi kelayakan Piala Dunia 2006. Nesta kemudiannya tampil dalam aksi pembukaan kejohanan menentang Ghana.[48] Walau bagaimanapun, khidmatnya terpaksa dilupakan oleh Itali apabila beliau tercedera dalam aksi terakhir peringkat kumpulan menentang Republik Czech yang menyaksikan Itali meraih kemenangan 2-0.[49] Beliau terpaksa berehat sehingga kejohanan berakhir dan tuah menyebelahinya apabila Itali akhirnya dinobatkan sebagai juara dunia.[50][51] Setelah kejohanan tersebut, Nesta hanya beraksi dalam satu perlawanan kelayakan Euro 2008 semasa menentang Georgia pada 11 Oktober 2006. Malangnya, kecederaan berikutnya telah memaksa beliau membuat persaraan daripada pasukan kebangsaan.[52][53][54] Menjelang kejohanan Euro 2008, Nesta menolak pelawaan jurulatih Roberto Donadoni untuk kembali ke pasukan kebangsaan.[55] Pada dua tahun kemudian, beliau juga menolak tawaran oleh Marcelo Lippi untuk beraksi di kejohanan Piala Dunia 2010.[56] Secara keseluruhannya, beliau telah melakukan 78 penampilan untuk skuad Azzuri.[57]