Kariera reprezentacyjna Camoranesi ma włoskie korzenie. Jego pradziadek Luigi, pochodzący z miejscowości Potenza Picena, w 1873 roku wyemigrował do Argentyny. Dzięki temu Mauro był uprawniony do gry zarówno w reprezentacji Argentyny, jak i Włoch, jednak to Azzuri jako pierwsi wyrazili zainteresowanie graczem Juventusu. 12 lutego 2003 roku zaliczył swój oficjalny debiut w reprezentacji Włoch w towarzyskim meczu przeciwko Portugalii wygranym przez Włochy 1–0. Grał na trzech wielkich turniejach: Euro 2004, Mistrzostwach Świata 2006 oraz na Euro 2008. Wraz z drużyną Azzurrich zdobył złoty medal na Mistrzostwach Świata w Niemczech w 2006. Camoranesi w jednym z wywiadów po zwycięstwie na Mundialu stwierdził: „Czuję się Argentyńczykiem, ale z godnością broniłem barw Włoch, które mam we krwi. To jest coś, czego nikt mi nie odbierze.”
Kariera trenerska W grudniu 2014 Camoranesi rozpoczął karierę trenerską, zostając szkoleniowcem meksykańskiego drugoligowca Deportivo Tepic.