Poulin voitti olympiakultaa Vancouverissa 2010 ja Sotšissa 2014. Vancouverissa hän teki lukemiin 2–0 päättyneen loppuottelun molemmat maalit ja hänet valittiin kisojen tähdistökentälliseen. Sotšissa hän teki loppuottelun varsinaisen peliajan viimeisellä minuutilla tasoitusmaalin ja jatkoajalla voittomaalin. Pyeongchangin olympialaisissa 2018 hän saavutti hopeaa. Poulin on voittanut maailmanmestaruuden vuonna 2012 sekä saavuttanut MM-hopeaa vuosina 2009, 2011, 2013, 2015, 2016 ja 2017 sekä MM-pronssia vuonna 2019. Vuosien 2013 ja 2017 MM-kilpailuissa hänet valittiin tähdistökentälliseen ja vuonna 2013 hän oli myös kisojen arvokkain pelaaja, paras hyökkääjä, paras maalintekijä ja pistepörssin voittaja.