La Selección Argentina fue una parte muy importante dentro de la carrera de Sergio Agüero. La Albiceleste se dio el gusto de contar con él desde muy chico, en las Juveniles.
Como registro estadístico, el Kun ocupa el 7° puesto en el ranking de jugadores con más presencias en la Selección Argentina (101 partidos) y el 3° lugar entre los máximos artilleros, con 41 goles (Lionel Messi tiene por ahora 80 y Gabriel Batistuta, 55).
Sus primeros partidos fueron para la Sub 16, en el Campeonato Sudamericano de Paraguay 2004, cuando el equipo cayó en semifinales ante Colombia. En ese certamen, Agüero jugó 5 partidos y anotó 3 goles.
Luego llegó el momento de la Sub 20, donde se vio lo mejor de su repertorio. En el Mundial de Países Bajos de 2005 jugó cuatro partidos y no marcó goles, ingresando en varios encuentros desde el banco de suplentes. La Argentina salió campeón, título que repetiría en Canadá 2007, esta vez sí, con un Agüero determinante.
Ya afianzando en el fútbol europeo (en 2006 había sido transferido al Atlético de Madrid), en Canadá fue la gran figura de la celeste y blanca, anotando 6 goles en 7 partidos: así conquistó el Balón de Oro y la Bota de Oro del certamen, por ser considerado el mejor jugador y el goleador del Mundial.
Los Juegos Olímpicos de 2008 fueron el tercer título para el Kun con la Selección, que de la mano de Sergio Batista obtuvo el oro en Pekín. El hombre surgido de Independiente jugó todos los partidos en esos Juegos, y anotó un doblete en semifinales ante Brasil, nada menos.
Con la Selección Mayor sufrió, como todos los grandes jugadores de su generación, esa racha larga sin trofeos: participó del Mundial de Sudáfrica 2010, Brasil 2014 y Rusia 2018, jugando 12 partidos y marcando 2 goles.
Pero al igual que Messi, Di María y Otamendi, se dio el gusto grande de quebrar la racha sin títulos en la Copa América de Brasil 2021, venciendo a Brasil en la final y nada menos que en el Maracaná. Deuda saldada.
En otras tres ocasiones estuvo muy cerca de gritar campeón con la Selección Mayor: en el Mundial de Brasil, al perder la final contra Alemania, y en las Copa América de 2015 y 2016, tras perder en ambas ante Chile.
Con la Mayor disputó las Copa América de Argentina 2011, Chile 2015, la Centenario de 2016 en Estados Unidos, y las de Brasil 2019 y 2021. En total fueron 25 partidos y 10 goles.