Grimsbø debuteerde in september 2005 voor het nationale team, waarvoor ze sindsdien 173 maal het doel verdedigde, waarin ze 1 keer scoorde. Ze was meermaals tweede keepster van het team achter Katrine Lunde Haraldsen. Met Noorwegen won ze goud op het Europees kampioenschap in 2006 en 2008, zilver op het Wereldkampioenschap 2007 en goud bij de Olympische Spelen in Beijing (2008) en in Londen (2012).