De double nationalité franco-algérienne, Mahrez choisit de représenter l'Algérie, le pays d’origine de ses parents. Il est convoqué la première fois en à l'âge de 23 ans, par Vahid Halilhodžić. Le mois suivant, il fait partie de la liste retenue pour la Coupe du monde au Brésil. En 2019, il remporte avec l'Algérie la Coupe d'Afrique des nations.