Kariera międzynarodowa Z drużyną Włoch do lat 17 wziął udział w Mistrzostwach Europy U-17 2015. Rok później z drużyną U-19 zajął drugie miejsce w Mistrzostwach Europy U-19 2016.
W reprezentacji Włoch U-21 zadebiutował 23 marca 2017 roku w towarzyskim meczu z Polską. W czerwcu 2017 został włączony przez menedżera Luigi Di Biagio do kadry Włoch na Mistrzostwa Europy U-21 2017. W turnieju Włosi zostali wyeliminowani przez Hiszpanię w półfinale.
Brał również udział w Mistrzostwach Europy U-21 2019.
Locatelli zadebiutował w seniorskiej reprezentacji Włoch 7 września 2020 roku, grając jako zawodnik podstawowego składu w meczu Ligi Narodów UEFA, wygranym 1:0 z Holandią w Amsterdamie.
11 lipca 2021 zdobył z reprezentacją Włoch Mistrzostwo Europy.
Statystyki kariery (aktualne na dzień 7 czerwca 2025) Klub Sezon Liga Puchar kraju Europe Inne SumaLiga Mecze Gole Mecze Gole Mecze Gole Mecze Gole Mecze Gole Milan2015/16 Serie A 2 0 0 0 – – 2 02016/17 25 2 2 0 – 1Występ w Superpucharze Włoch.