Griezmann har (pr. juli 2018) spillet 61 kampe og scoret 24 mål for Frankrigs landshold, som han debuterede for 5. marts 2014 i en træningskamp mod Holland. Han blev efterfølgende udtaget til den franske trup til VM i 2014 i Brasilien. I 2016 var Griezmann en del af truppen til EM på hjemmebane, hvor Frankrig tabte i finalen 1-0 til Portugal og dermed vandt sølv. Griezmann var også med Frankrig til VM 2018 i Rusland, hvor holdet vandt guld efter en finalesejr på 4-2 over Kroatien.