És internacional absolut per l'Uruguai des del 2008.[4][5][6][7] És considerat àmpliament com un dels millors davanters de la seua generació,[8][9][10] i un dels millors davanters uruguaians de la història.[11][12][13] Des del 27 de gener del 2018, és el màxim golejador històric del Paris Saint-Germain, i el 2020 feu el seu gol 200 per al club.[14]
Amb 25 títols, és el jugador uruguaià amb major palmarés.[15][16]
Cavani destacà amb la Selecció Uruguaiana Sub-20 al Campionat Sud-americà Sub-20 de 2007 disputat al Paraguai, on fou el golejador de la competició amb 7 gols en 9 partits. Malgrat la seva aportació, la seva selecció no va poder classificar-se als Jocs Olímpics d'Estiu de 2008, tot i que en acabar al tercer lloc va obtenir el passatge al Campionat del Món de Futbol sub-20 2007 al Canadà.
Tot i que l'Uruguai no va entrar als quarts de final, ja que va ser derrotat pels Estats Units, Cavani va ser una de les figures més importants dels celestes.
Va debutar a la selecció major amb un gol a l'amistós del 6 de febrer de 2008 contra Colòmbia a l'Estadio Centenario (Montevideo). El partit va acabar 2-2 i Cavani va ingressar als 74' en comptes de Diego Forlán i tres minuts després va marcar el seu primer gol amb la Celeste.
Manchester United FC
.svg){kind=small}
Sud-àfrica
.jpg)
Colòmbia
Suïssa
Alemanya
Angola
Indonèsia
Xina
República d'Irlanda
