Danimarka milli takımıyla 145 maçta 167 gol atan Møllgaard, ilk milli maçını 3 Haziran 2006'da Hollanda'ya karşı oynadı. 2011 Dünya Erkekler Hentbol Şampiyonası'nda geniş kadroda yer aldı. İspanya'daki 2013 Dünya Şampiyonası ve kendi ülkesindeki 2014 Avrupa Şampiyonası'nda gümüş madalya kazandı. 2016 Avrupa Şampiyonası'nda, All-Star takımının en iyi savunma oyuncusu seçildi. 2019 Dünya Şampiyonası'nda dünya şampiyonu oldu.