Luiz Henrique speelde zijn eerste wedstrijd voor Brazilië op 6 september 2024, in een 1-0-overwinning op Ecuador. Sindsdien speelde hij 16 wedstrijden voor Brazilië, scoorde twee doelpunten en gaf drie assists. Een van zijn belangrijkste doelen was om deel te nemen aan de Copa do Mundo van 2026.

Roma had een bod van 38 miljoen euro op tafel gelegd, plus 5 miljoen euro in bonussen, maar Zenit weigerde om te verkopen. Luiz Henrique bleef dus bij zijn huidige club. Nu kijkt hij uit naar een nieuwe selectie van bondscoach Carlo Ancelotti, die op 9 september de selectie voor de vriendschappelijke wedstrijden tegen Australië en India zal aankondigen.