Luis Diaz memulai pertandingan bersama Timnas Kolombia U-20 dan mencatatkan 5 penampilan.
Setahun membela Kolombia U-20, Luis Diaz pun dipanggil ke Timnas senior di tahun 2018.
Bersama Timnas senior, Luis Diaz telah mencatatkan 22 penampilan dengan mencetak 5 gol.
Pada gelaran Copa America 2021 ini Luis Diaz berhasil mencetak 4 gol dan menyamai perolehan gol dari Lionel Messi.***