Hierro nåede gennem sin karriere at spille hele 89 kampe og score 29 mål for Spaniens landshold. Dermed er han, på trods af en spillerposition i midterforsvaret, den næstmest scorende spiller på det spanske landshold, kun overgået af en anden Real Madrid-legende, Raúl González. Hierro repræsenterede sit land ved hele seks slutrunder, VM i 1990, VM i 1994, EM i 1996, VM i 1998, EM i 2000 samt VM i 2002. Det lykkedes dog ikke det spanske hold at vinde nogen af turneringerne, så Hierros mange trofæer på klubplan blev aldrig suppleret af nogen med landsholdet. Hierro er i Danmark måske bedst kendt for at score det enlige mål mod det danske landshold ved den afgørende kvalifikationskamp til VM i 1994 i Sevilla. Den spanske 1-0 sejr kostede Danmark deltagelsen ved VM.