Robben maakte zijn debuut voor het Nederlandse elftal op 30 april 2003 tegen Portugal. 

Europees kampioenschap 2004 

Het publiek beschouwde Robben als één van de uitblinkers. De eerste wedstrijd tegen Tsjechië gaf hij gelijk twee assists. Nederland kwam met 2-0 voor. Bij een 2-1 stand werd Robben gewisseld voor Paul Bosvelt. Nederland verloor uiteindelijk met 2-3 en Dick Advocaat kreeg veel kritiek. Vooral vanwege de wissel van Robben. De wedstrijden daarna tegen Letland, Zweden en Portugal speelde Robben een minder belangrijke rol. Tegen Zweden scoorde hij de beslissende strafschop en verloste Nederland daarmee van een trauma. Jarenlang verloor Nederland telkens bij strafschoppen.

Wereld kampioenschap 2006

Op het WK in 2006 scoorde Robben het enige doelpunt in de wedstrijd tegen Servië en Montenegro en gaf hij de assist op Ruud van Nistelrooy in de met 2-1 gewonnen wedstrijd tegen Ivoorkust. In beide wedstrijden werd Robben tot man of the match uitgeroepen. Tegen Argentinië bleef hij op de bank, omdat Marco van Basten niet wilde dat hij nog een gele kaart op zou lopen. Daardoor zou hij kans lopen de achtste finale te missen. Robben deed wel mee, maar Portugal was met 1-0 te sterk. 

Europees kampioenschap 2008 

Ondanks een teleurstellend seizoen bij Real madrid werd hij wel opgenomen in de selectie van het Nederlands Elftal voor het EK van 2008. Een paar dagen voor de eerste wedstrijd tegen Italië raakte robben geblesseerd aan zijn lies. Zijn herstel liep snel en de tweede poulewedstrijd tegen Franrkijk speelde Robben weer mee. Robben gaf de assist voor het tweede Nederlandse doelpunt. Zelfs scoorde Robben de derde goal. In de laatste pouleewedstrijd tegen Roemenië speelde hij geen beslissende rol. De kwartfinale tegen Rusland speelde hij niet mee, omdat hij geblesseerd was. Nederland verloor deze wedstrijd met 1-3. 

Wereld kampioenschap 2010

Op 5 juni, de laatste oefenwedstrijd tegen Hongarije, raakte Robben geblesseerd en was het onzeker of hij mee kon doen aan het WK. Robben reisde toch mee af naar het WK. Op 12 juni voegde Robben zich weer bij de selectie. Op 24 juni maakte hij zijn rentree tijdens de wedstrijd Kameroen - Nederland. Hij viel in de 73ste minuut in. Vlak na zijn rentree schoot hij op de paal waaruit Huntelaar de rebound binnen schoot. 

In de achtste finale tegen Slowakije stond Robben in de basis. Hij scoorde het belangrijke eerste doelpunt en werd uitgeroepen tot man van de wedstrijd. In de kwartfinale tegen Brazilië moest Robben een aantal schoppen verwerken. Felipe Melo, de Braziliaanse middenvelder, trapte Robben in die wedstrijd na en kreeg de rode kaart. Robben maakte het derde doelpunt van Nederland in de met 2-3 gewonnen wedstrijd tegen Uruguay. Nederland plaatste zich voor de finale van het wereldkampioenschap. De tegenstander was Spanje. Twee keer kon Robben alleen op Iker Casillas af, maar twee keer kon hij niet scoren. Het bleef na 90 minuten 0-0. In de verlenging was Spanje te sterk en wonnen de Spanjaarden met 1-0 door een doelpunt van Andres Iniesta. 

Europees kampioenschap 2012

Weer werd Robben opgenomen in de selectie van het Nederlands Elftal. Het toernooi verliep dramatisch met drie nederlagen in de poule. Er werd gezegd dat Robben niet in vorm zou zijn. En ook dat hij last zou hebben van zijn gemiste penalty voor Bayern München. Robben maakte geen doelpunten in het toernooi, maar verzorgde wel assists voor twee Nederlandse doelpunten.

Wereld kampioenschap 2014

In de eerste poulewedstrijd tegen Spanje, op 13 juni 2014, maakte hij twee doelpunten. De wedstrijd eindigde in 5-1 en iedereen was in extase. Op 18 juni 2014 maakte hij de 1-0 in de met 3-2 gewonnen wedstrijd tegen Australië. In de wedstrijd tegen Chili creëerde hij met zijn snelheid meerdere kansen, maar kwam hij niet tot scoren. Wel gaf hij de assist op Memphis Depay die de 2-0 maakte en zo de wedstrijd besliste. 

In de achtste finale tegen Mexico was Robben zeer belangrijk met zijn snelheid en acties. Ver in de blessuretijd werd Robben gehaakt en kreeg het Nederlands Elftal een strafschop. Klaas Jan Huntelaar verzilverde deze strafschop en Nederland ging door naar de Kwartfinales. Daar stuitte het op het verrassende Costa Rica. Zowel in de kwartfinale als in de halve finale scoorde Robben in de strafschoppenserie. Hij was één van de uitblinkers op het WK. Op basis van zijn goede optreden werd hij verkozen tot één van de kandidaten voor de Gouden bal. Uiteindelijk won hij de Bronzen bal.