Orellana membuat debut untuk pasukan kebangsaan Chile pada 2007. Pada 15 Oktober 2008, beliau menjaringkan gol pertamanya ketika kempen kelayakan Piala Dunia FIFA 2010 menentang Argentina, 1-0.

Pada 10 Oktober 2009, Orellana menjaringkan gol keduanya untuk Chile pada kempen yang sama ketika menang 4-2 ke atas Colombia dan kemenangan itu membuatkan Chile layak ke Piala Dunia buat pertama kali selepas 12 tahun. Beliau bermain pada kejohanan Piala Dunia 2010 ketika tewas 2-1 pada peringkat kumpulan menentang juara dunia, Sepanyol.

Gol antarabangsa