Кім Чэльстрэм згуляў першы матч за зборную 1 лютага 2001 года супраць зборнай Фінляндыі. Удзельнічаў у фінальных турнірах Еўра-2004 і Еўра-2008, чэмпіянаце свету 2006. Забіў некалькі важных галоў у адборачным турніры да чэмпіянату Еўропы 2008, у тым ліку прыгожы гол у браму зборнай Ісландыі ўдарам з 45 метраў.