Berasal daripada keturunan Angola,[22] João Mário telah memiliki 82 penampilan untuk pasukan Portugal di peringkat remaja. Beliau melakukan penampilan sulungnya untuk pasukan senior pada 11 Oktober 2014 dengan menggantikan Cristiano Ronaldo ketika perlawanan persahabatan menentang Perancis. Beliau seterusnya dikasari oleh Paul Pogba sekali gus Portugal dianugerahkan tendangan penalti dan disudahkan oleh Ricardo Quaresma namun Portugal tewas 1–2.[23]

João Mário mewakili pasukan bawah-21 Portugal ke Kejohanan Eropah Bawah-21 2015. Beliau menjaringkan gol tunggal permainan dalam perlawanan pembukaan ketika menewaskan England[24] dan pasukannya mengakhiri kejohanan dengan bergelar naib juara.[25] Beliau telah dipilih ke dalam skuad UEFA Euro 2016[26] dan beraksi dalam perlawanan pembukaan kejohanan ketika menentang Iceland.[27] Beliau kemudiannya beraksi dalam tiap-tiap perlawanan Portugal sepanjang kempen termasuk aksi final menentang tuan rumah, Perancis dan berkesudahan Portugal akhirnya bergelar juara Eropah.[28][29]

João Mário menjaringkan gol pertamanya untuk Portugal pada 10 November 2017 dalam perlawanan persahabatan menentang Arab Saudi.[30] Beliau telah diletakkan ke dalam skuad Portugal bagi menghadapi kejohanan Piala Dunia 2018 di Rusia.[31]