Roman Bürki bestritt fünf Spiele für die Schweizer U-20-Nationalmannschaft. Er wurde für die U-21 Europameisterschaft 2011 in Dänemark nominiert, musste jedoch aufgrund einer Verletzung passen.

Seit Mai 2014 gehört er als Ersatztorhüter dem Kader der Schweizer A-Nationalmannschaft an und stand im Kader bei der Weltmeisterschaft 2014 in Brasilien, kam aber nicht zum Einsatz. Am 18. November 2014 gab er im Freundschaftsspiel beim 2:2 gegen Polen sein Debüt.

In der Qualifikation für die Fußball-Europameisterschaft 2016 in Frankreich wurde er im vorletzten Spiel gegen San Marino erstmals in einem Pflichtspiel eingesetzt. Für die EM wurde er als Ersatztorwart in das Aufgebot der Schweiz aufgenommen, kam aber nicht zum Einsatz.