Vargas on olnud rahvusvaheline mängija alates 2010. aastast. Ta on mänginud 100 korda Tšiili eest ja teinud 40 väravat. Ta oli osa nende meeskonnast 2014. aasta FIFA maailmameistrivõistlustel, 2017. aasta FIFA Konföderatsioonide karikavõistlustel ja 2015. ja 2016. aasta Copa América's.
2019. ja 2021. aastal. Ta lõpetas 2015. ja 2016. aasta Copa América kampaaniate pealinna tegijana.