Michalak gab am 10. November 2001 sein Debüt für die französische Nationalmannschaft gegen Südafrika. Zuvor hatte er mit Toulouse seinen ersten Meistertitel gewonnen. 2003 und 2005 konnte er den Heineken Cup mit seiner Mannschaft gewinnen. Er nahm an den Weltmeisterschaften 2003 und 2007 teil, wobei Frankreich jeweils im Halbfinale ausschied. Bei der Weltmeisterschaft 2003 erzielte Frédéric Michalak mit 103 Punkten hinter Jonny Wilkinson (113 Punkte) die zweithöchste Punktezahl. 2002, 2004 und 2006 gewann er mit der französischen Nationalmannschaft das Six Nations Turnier.