Con la Selección, debutó contra San Marino en 2005. Desde entonces, ha jugado en tres torneos importantes: el Mundial 2006, donde marcó tres goles, la Eurocopa 2008, en la cual fue máximo goleador con cuatro, y el Mundial 2010, donde se proclamó campeón del mundo y obtuvo, además, la Bota de Plata como segundo máximo goleador, empatado a cinco tantos con Thomas Müller, y el Balón de Bronce como tercer mejor jugador del campeonato. Es, actualmente, el máximo goleador de todos los tiempos con España, igualado con Raúl González, y también el máximo goleador español en campeonatos mundiales. En 2010, la Federación Internacional de Historia y Estadística de Fútbol situó a Villa en el tercer puesto de la clasificación de El Mejor Goleador del Mundo. En 2009, había sido cuarto