Cáceres maakte zijn debuut in het Uruguayaans voetbalelftal op 12 september 2007 in de vriendschappelijke uitwedstrijd tegen Zuid-Afrika (0–0) in Johannesburg. Bondscoach Oscar Tabárez liet in de 53ste interland onder zijn leiding ook drie andere debutanten opdraven: Pablo Álvarez (Reggina Calcio), Juan Guillermo Castillo (CA Peñarol) en Leandro Ezquerra (CA River Plate Montevideo). Cáceres nam met Uruguay deel aan het wereldkampioenschap 2010 in Zuid-Afrika, waar de ploeg eindigde op de vierde plaats. In 2011 won hij met zijn vaderland de Copa América, het kampioenschap van Zuid-Amerika. Op het wereldkampioenschap 2014 speelde Cáceres alle vier wedstrijden van Uruguay mee, waaronder de verloren achtste finale tegen Colombia.
Cáceres maakte eveneens deel uit van de Uruguayaanse selectie die deelnam aan de WK-eindronde 2018 in Rusland. La Celeste behaalde drie zeges op rij in groep A, waarna de ploeg van bondscoach Oscar Tabárez in de achtste finales afrekende met regerend Europees kampioen Portugal (2–1) door twee treffers van aanvaller Edinson Cavani. Zonder diens inbreng (kuitblessure) verloor Uruguay vervolgens in de kwartfinale met 2–0 van de latere wereldkampioen Frankrijk. Cáceres kwam in alle vijf de duels in actie voor zijn vaderland.