Dia melakukan debutnya untuk tim nasional senior Spanyol pada tahun 2013, dan sejak itu tampil dalam tiga kompetisi internasional utama bersama tim.
Debut Piala Dunia Wanita FIFA Spanyol pada tahun 2015, Euro Wanita UEFA 2017, dan Piala Dunia 2019.
Pada tahun 2022, Putellas memiliki penampilan terbanyak kedua sepanjang masa untuk Barcelona di belakang mantan bek kiri Melanie Serrano, dan merupakan pencetak gol terbanyak kedua sepanjang masa setelah mantan striker Jennifer Hermoso.
Dia juga memegang rekor penampilan terbanyak untuk Spanyol dengan 100 caps, setelah melampaui rekor Marta Torrejon sebelumnya dengan 90 caps pada tahun 2021.***