Robinho gab sein Debüt für Brasilien am 13. Juli 2003 während der Gold-Cup-Partie gegen Mexiko. Sein erstes Länderspieltor gelang Robinho in seinem siebten Länderspiel am 9. Februar 2005 gegen China. Im Juni 2005 gewann er mit Brasilien den Konföderationen-Pokal und gehörte im Sommer 2006 zum WM-Kader Brasiliens. Zur Qualifikation für dieses Turnier hatte Robinho einen Treffer beigesteuert. Während des Turniers stand er einmal von Beginn an auf dem Platz. Ansonsten wurde er immer später für die Stammspieler eingewechselt. Seinen bisher größten Erfolg feierte er bei der Copa América 2007, bei der er den Titel gewann, mit sechs Treffern die Torjägertrophäe eroberte und zum besten Spieler des Turniers gewählt wurde. Als Gewinner der Copa qualifizierte sich Brasilien für den FIFA-Konföderationen-Pokal 2009 in Südafrika. Nationaltrainer Dunga berief seinen Angreifer auch für dieses Turnier in seinen Kader. Zwar kam Robinho dort in jeder möglichen Partie seiner Mannschaft zum Einsatz, jedoch stand er während des Turniers im Schatten seines Sturmkollegen Luís Fabiano. Brasilien gewann den Konföderationen-Pokal, wobei Robinho im Finalspiel gegen die USA in der Startformation der Brasilianer stand.