Pada Mac 2013, Luiz Adriano menerangkan beliau akan terima jika panggilan oleh pasukan kebangsaan Ukraine. Walau bagaimanapun, beliau tidak dapat berbuat demikian kerana beliau memiliki pasport Ukraine ketika mewakili pasukan remaja Brazil sekali gus menyebabkan beliau tidak layak ke negara-negara lain selain Brazil.[30][31][32]

Pada 23 Oktober 2014, Luiz Adriano menerima panggilan pertama oleh pasukan kebangsaan Brazil untuk perlawanan persahabatan menentang Turki dan Austria yang berlangsung pada bulan November 2014.[33] Beliau melakukan penampilan pertamanya untuk Brazil pada 12 November menentang Turki. Beliau beraksi selama 73 minit sebelum digantikan oleh Roberto Firmino yang turut melakukan penampilan sulungnya untuk Brazil dan perlawanan berkesudahan Brazil menang 4-0.[34]