Kariera reprezentacyjna Chinaglia w kręgu zainteresowań selekcjonera włoskiej kadry Ferruccio Valcareggiego był już w 1970, kiedy to nie znalazł się w kadrze na Mistrzostwa Świata, ale pojechał z drużyną do Meksyku, aby zbierać doświadczenie. W 1971 stał się pierwszym piłkarzem z Włoch, który został powołany do reprezentacji jako zawodnik klubu drugoligowego.
Na debiut musiał poczekać do 21 czerwca 1972, kiedy to zagrał w spotkaniu towarzyskim przeciwko reprezentacji Bułgarii, zremisowanym 1:1. Chinaglia zdobył w tym spotkaniu bramkę. Strzelił także bramkę w dwóch kolejnych spotkaniach. Dwa lata później został powołany na Mistrzostwa Świata 1974 rozgrywane w RFN. Na turnieju zagrał w dwóch spotkaniach przeciwko Haiti oraz Polsce.
Po raz ostatni w reprezentacji zagrał 8 czerwca 1975 w meczu przeciwko Związkowi Radzieckiemu, przegranym 0:1. Łącznie w latach 1972–1975 Chinaglia zagrał w 14 spotkaniach reprezentacji Włoch, w których strzelił 4 bramki.