Osimhen maakte op 1 juni 2017 zijn debuut in het Nigeriaans voetbalelftal. Hij viel in een oefeninterland tegen Togo aan de rust in voor Ahmed Musa. Hij behoorde twee jaar later tot de Nigeriaanse selectie op het Afrikaans kampioenschap 2019, zijn eerste eindtoernooi. Hierop kwam hij één wedstrijd in actie, de met 0–1 gewonnen wedstrijd om de derde plek tegen Tunesië.