凯斯米罗参加过世界杯。卡塞米罗2011年7月随巴西U20青年国家队参加了FIFA U20世界杯，并成功帮助球队夺冠。虽然卡塞米罗在2011年就加入了巴西国家队，但是直到2018年俄罗斯世界杯，卡塞米罗才第一次随巴西国家队成功参加世界杯，巴西在1/4决赛中被比利时0-2淘汰。
2018年俄罗斯世界杯，卡塞米罗代表巴西出场4场，没有进球也没有助攻，但卡塞米罗在场上的重要性毋庸置疑。第一次世界杯之旅的失败，也让人对卡塞米罗在2022年卡塔尔世界杯上的表现充满期待。
2018年世界杯后，次年，卡塞米罗跟随巴西征战2019年巴西美洲杯。最终，卡塞米罗不仅获得了国家队首粒进球，还帮助巴西队在决赛中3-1击败秘鲁队，夺得美洲杯。
2021年美洲杯，小组赛第四场对阵哥伦比亚男足，凭借卡塞米罗最后一分钟的进球，成功帮助巴西2-1战胜哥伦比亚。不幸的是，在决赛中，巴西0-1输给了阿根廷，获得亚军。
2022年卡塔尔世界杯南美区预选赛第15轮，卡塞米罗再次打进国家队进球，帮助巴西1-1战平厄瓜多尔。紧接着，2022年9月9日，巴西男足公布了国家队新名单，卡塞米罗赫然在列。所以，球迷们可以在卡塔尔世界杯上再次看到卡塞米罗。
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