Kariera reprezentacyjna Lichtsteiner ma za sobą występy w młodzieżowych reprezentacjach Szwajcarii. Razem z zespołem do lat 21 w 2004 roku wziął udział w mistrzostwach Europy juniorów. Na turnieju Szwajcarzy zajęli ostatnie miejsce w swojej grupie i odpadli z mistrzostw. W seniorskiej reprezentacji Lichtsteiner zadebiutował 15 listopada 2006 roku w przegranym 1:2 meczu przeciwko Brazylii. Z czasem wywalczył sobie miejsce w pierwszym składzie zastępując w nim Philippa Degena. W maju 2008 roku Jakob Kuhn powołał go do 23-osobowej kadry na mistrzostwa Europy, na których Szwajcarzy odpadli w rundzie grupowej. W 2009 roku awansował z zespołem narodowym na Mistrzostwa Świata w RPA.
Wraz ze swoją reprezentacją wywalczył awans na Mundial 2014. Tam Szwajcaria odpadła w 1/8 finału. Po turnieju karierę reprezentacyjną zakończył Gökhan İnler. Wówczas to Lichtsteiner przejął opaskę kapitana kadry. Z drużyną awansował na Mistrzostwa Europy 2016 i Mistrzostwa Świata 2018.