Bersama Timnas Ceko di level senior, Cech memegang rekor penampilan terbanyak, 124 kali. Ia pun pernah berkiprah di Piala Dunia (2006) dan Piala Eropa (2004, 2008, 2012, dan 2016). Berkat penampilan gemilang di Piala Eropa 2004, ia terpilih sebagai kiper terbaik dunia setelah membawa Ceko ke semifinal.