W 2007 zadebiutował w reprezentacji U-21, z którą w 2011 wywalczył mistrzostwo Europy oraz został wybrany do drużyny gwiazd turnieju. mały|lewo|220px|Mata wraz z Fernando Torresem i Sergio Ramosem świętujący wygranie Euro 2012. 14 listopada 2008 roku otrzymał pierwsze powołanie do reprezentacji Hiszpanii na spotkanie z Chille. W seniorskiej reprezentacji Hiszpanii zadebiutował 28 marca 2009 w wygranym 1:0 meczu z Turcją. W tym samym roku wziął udział w Pucharze Konfederacji – wystąpił w dwóch spotkaniach, natomiast Hiszpania zajęła trzecie miejsce. W 2010 roku wraz z reprezentacją został mistrzem świata. W turnieju, który odbył się w Republice Południowej Afryki zagrał jedynie w meczu fazy grupowej z Hondurasem (2:0), zmieniając w drugiej połowie Fernando Torresa.
W mistrzostwach Europy w Polsce i na Ukrainie (2012) wystąpił jedynie w wygranym 4:0 meczu finałowym z Włochami, w którym zmienił w 87. minucie Andrésa Iniestę i chwilę później strzelił czwartego gola dla Hiszpanów.