Michaël Guigou hat 305 Länderspiele für die Französische Männer-Handballnationalmannschaft bestritten. Mit Frankreich wurde er bei der Handball-Europameisterschaft 2006 in der Schweiz, 2010 in Österreich und 2014 in Dänemark Europameister. Bei der Handball-Weltmeisterschaft der Männer 2005 in Tunesien gewann er Bronze; an der Handball-Weltmeisterschaft der Männer 2007 in Deutschland nahm er auch teil, scheiterte mit Frankreich aber im Halbfinale am deutschen Team und belegte am Ende den 4. Platz. Bei den Olympischen Spielen 2008 holte er sich die Goldmedaille. 2009, 2011, 2015 und 2017 wurde er mit Frankreich Weltmeister. Bei der WM 2009 wurde er in das Allstar-Team als bester Linksaußen gewählt. Im Sommer 2012 nahm er erneut an den Olympischen Spielen in London teil und gewann wiederum die Goldmedaille. Bei den Olympischen Spielen 2016 in Rio de Janeiro gewann er die Silbermedaille. Bei der WM 2019 gewann er die Bronzemedaille. Am 27. April 2021 erzielte er in seinem 298. Länderspiel in der Qualifikation zur Europameisterschaft 2022 gegen Griechenland als vierter Franzose seinen 1000. Treffer im Trikot der Nationalmannschaft. Mit Frankreich gewann er bei den Olympischen Spielen in Tokio zum dritten Mal die Goldmedaille. Nach seinem Debüt in Kumamoto am 3. Juli 2002 beendete er 19 Jahre später nach dem Endspiel in Tokio seine Nationalmannschaftskarriere.