Luongo layak mewakili sama ada untuk pasukan kebangsaan Australia melalui tempat kelahirannya, pasukan kebangsaan Itali melalui ayahnya atau Pasukan kebangsaan Indonesia melalui ibunya.

Dia telah mewakili pasukan Australia bawah-20 tetapi tidak dipilih untuk Piala Dunia B-20 FIFA 2011. Luongo telah dipanggil ke kem latihan di Eropah dengan pasukan kebangsaan senior.[10]

Massimo Luongo membuat penampilan sulungnya untuk Socceroos sebagai pemain gantian ketika kekalahan 3–4 kepada Ecuador di The New Den.[11]

Luongo telah dipilih ke dalam skuad 23 pemain Australia untuk Piala Dunia FIFA 2014 di Brazil oleh pengurus, Ange Postecoglou.[12]

Luongo juga dipilih ke dalam skuad 23 pemain untuk Piala Asia yang akan dimainkan di tempat sendiri di Australia.[13] Rakan sepasukan Swindon Town, Yaser Kasim juga dipanggil oleh negaranya, Iraq, bermakna Swindon akan beraksi tanpa dua pemain tengah mereka selama sebulan. Dia kemudiannya menjaringkan gol untuk Australia ketika kemenangan 4–1 ke atas Kuwait dalam perlawanan pembukaan kejohanan dan membuat bantuan gol kepada Tim Cahill untuk gol pertama Australia. Dia kemudiannya dinamakan pemain terbaik perlawanan.

Luongo juga bermain dalam perlawanan kedua peringkat kumpulan Australia menentang Oman dimana dia membuat bantuan gol kepada Robbie Kruse untuk gol kedua Australia dan mereka menang 4–0.