Zambrotta kutsuti Itaalia U-21 koondisse ja ta pidas oma esimese mängu selles 25. märtsil1998Malta jalgpallikoondise vastu. Juba teises noortekoondise mängus (see toimus 22. aprillil 1998 Walesi jalgpallikoondise vastu) lõi ta värava, aidates Itaalial 2:1 võita. Sel aastal osales ta kõigis Itaalia 6 U-21 koondise mängus ja Itaalia sai neist 5 võitu ja viimases mängus viigi Hispaaniaga.
2002. aasta MM-valikgrupi võitis Itaalia Rumeenia ees. Zambotta osales 8 alagrupimängust kuues, alati algrivistuses, 4 korda lõpuni ja 2 korda peaaegu lõpuni. Itaalia ei kaotanud ühtki mängu ja lasi sisse üksnes 3 väravat. Finaalturniiril Jaapanis mängis Zambrotta igas Itaalia mängus algusest lõpuni. Alagrupis alistas Itaalia 3. juunil 2:0 Ecuadori jalgpallikoondise, kaotas siis 8. juunil 1:2 Horvaatia jalgpallikoondisele ja viigistas 13. juunil 1:1 Mehhiko jalgpallikoondisega. Selles mängus sai Zambrotta 55. minutil kollase kaardi. Sellegipoolest pääses Itaalia Mehhiko järel teisena alagrupist edasi. Järgnes kohtumine Lõuna-Korea jalgpallikoondise vastu, kus Itaalia läks Christian Vieri löögist 18. minutil juhtima, aga üsna lõpus, 88. minutil Lõuna-Korea viigistas ja lõi 117. minutil koguni võiduvärava.
2004. aasta EM-valikgrupi võitis Itaalia Walesi ees. Zambrotta osales 8 valikmängust viies, alati algrivistuses. Finaalturniiril Portugalis mängis Zambrotta kõik Itaalia mängud kaasa algusest lõpuni. 14. juunil viigistas Itaalia Taani jalgpallikoondisega 0:0 ja 18. juunil Rootsiga 1:1 (selles kohtumises sai Zambrotta 58. minutil seisul 1:0 kollase kaardi). Viimases mängus Bulgaaria jalgpallikoondise vastu 22. juunil võitis Itaalia küll 4. üleminutil löödud väravast 2:1, aga jäi ikkagi alagrupis kolmandaks. Rootsi, kes oli võitnud Bulgaariat 5:0, võitis alagrupi Taani ees, kes oli võitnud Bulgaariat 2:0. Zambrotta valiti ainsa itaallasena EM-turniiri sümboolsesse koondisse.
2006. aasta MM-valikgrupi võitis Itaalia Norra ees. Finaalturniir toimus Saksamaal. Zambrotta osales kõigis Itaalia mängudes peale esimese algusest lõpuni. Avamängus 12. juunil, kus Zambrotta ei mänginud, alistas Itaalia Ghana jalgpallikoondise 2:0. 17. juunil mängiti USA jalgpallikoondisega ja Itaalia lõpetas selle kümnekesi üheksa vastu. Ka Zambrotta sai 70. minutil kollase kaardi. Mängu alguses löödud väravatest lõppes kohtumine 1:1. Viimases mängus võitis Itaalia 22. juunil Tšehhi jalgpallikoondise 2:0. Itaalia võitis alagrupi Ghana ees. Järgnes mäng 26. juunilAustraalia jalgpallikoondise vastu, kus Itaalia mängis alates 50. minutist vähemuses ja ka Zambrotta sai 1. üleminutil kollase kaardi. 5. üleminutil anti Itaalia kasuks penalti, mis viis Itaalia veerandfinaali. 30. juunil võitis Itaalia Ukraina jalgpallikoondise 3:0 (Zambrotta viis juba 6. minutil Itaalia juhtima) ja 4. juulil poolfinaalis lisaajal Saksamaa jalgpallikoondise 2:0. Brasiilia jalgpallikoondise vastu peetud finaalis 9. juulil sai Zambrotta juba 5. minutil kollase kaardi (itaallaste ainsa), seejärel lõi kumbki pool varsti värava, aga ülejäänud mängus väravaid ei tulnud enne penaltiseeriat, kus itaallased ei eksinud ja tulid maailmameistriks.
2008. aasta EM-valikgrupi võitis Itaalia Prantsusmaa ees. Finaalturniiri Šveitsis alustas Itaalia 9. juunil 0:3 kaotusega Hollandile, kusjuures Zambrotta sai 35. minutil seisul 0:2 kollase kaardi. 13. juunil viigistas Itaalia Rumeeniaga 1:1. Holland võitis alagrupi täiseduga, teist edasipääsejat otsustavas mängus alistas Itaalia 17. juunil Prantsusmaa 2:0. Veerandfinaalis Hispaania vastu 22. juunil väravaid ei löödud ja ka penaltiseerias oli palluritel probleeme, Itaalial natuke rohkem ja nad kaotasid 2:4. Zambrotta lööma ei pidanud.
Valitseva maailmameistrina kutsuti Itaalia 2009. aasta konföderatsioonide karikavõistlustele, mis toimusid Lõuna-Aafrikas. Zambrotta osales kõigis Itaalia mängudes algusest lõpuni. Avamängus 15. juunil võitis Itaalia USA 3:1, kuid siis kaotas 18. juunil Egiptuse jalgpallikoondisele 0:1 ja 21. juunil Brasiiliale 0:3. Brasiilia võitis alagrupi täiseduga, teisena läks edasi USA. Itaalia väravate vahe oli sama mis USA-l, aga ta langes välja väiksema löödud väravate arvu tõttu.
Viimast korda mängis Zambrotta Itaalia koondises 12. oktoobril2010. Kokku pidas ta Itaalia täiskasvanute koondises 98 kohtumist ja lõi neis 2 väravat. Esimese värava lõi ta 30. mail2004Tuneesia jalgpallikoondise vastu 4:0 võidetud mängus, teise 2006. aasta MM-il Ukraina vastu.