Razem z zespołem U-21 wywalczył Mistrzostwo Europy U-21 w 1994 roku oraz Mistrzostwo Europy U-21 w 1996 roku.
W seniorskiej kadrze Panucci zadebiutował 7 września 1994 roku w zremisowanym 1:1 wyjazdowym spotkaniu ze Słowenią, a pierwszego gola zdobył 8 października tego samego roku w wygranym 2:0 pojedynku z Estonią. Oba te mecze były częścią eliminacji do Euro 1996, jednak ostatecznie Panucci do kadry na turniej finałowy nie został powołany. Następnie włoski obrońca brał między innymi udział w eliminacjach do Mistrzostw Świata 1998, Tournoi de France 1997 oraz eliminacjach do Euro 2000.
Jego pierwszym wielkim turniejem w karierze były Mistrzostwa Świata 2002, na których „Squadra Azzura” została wyeliminowana w 1/8 finału przez współgospodarzy imprezy – Koreę Południową. Na mundialu tym Panucci był podstawowym graczem reprezentacji i wystąpił we wszystkich czterech spotkaniach. Następnie były zawodnik Realu Madryt został powołany do 23-osobowej kadry na Mistrzostwa Europy 2004. Tym razem Włosi swój udział w turnieju zakończyli już na rundzie grupowej, w której zajęli dopiero trzecią lokatę.