Firmino berkata ia adalah impiannya untuk beraksi bersama pasukan kebangsaan walaupun dia tidak menerima sebarang panggilan dari pengurus pasukan kebangsaan, Dunga".[19] Pada 23 Oktober 2014, Firmino menerima panggilan pertamanya ke Pasukan bola sepak kebangsaan Brazil untuk perlawanan persahabatan menentang Turki dan Austria. Dia membuat penampilan sulung ketika kemenangan 4–0 ke atas Turki pada 12 November, menggantikan Luiz Adriano untuk 17 minit terakhir.[20] Firmino menjaringkan gol pertamanya enam hari kemudian ketika kemenangan 2–1 ke atas Austria.[21]

Pada bulan Mei 2015, Firmino dimasukkan ke dalam skuad 23-pemain Brazil untuk Copa América 2015 yang akan diadakan di Chile.[22] Pada 21 Jun, dia menjaringkan gol ketika kemenangan 2–1 ke atas Venezuela untuk membantu pasukannya layak ke pusingan kalah mati sebagai juara Kumpulan C.[23]