Jarmolenko pelasi Ukrainan kaikki kolme ottelua alle 21-vuotiaiden EM-kilpailuissa 2011. Hän pelasi ensimmäisen ottelunsa Ukrainan maajoukkueessa Andorraa vastaan syyskuussa 2009. Hän teki ottelussa myös ensimmäisen maaottelumaalinsa. Hän pelasi Ukrainan kaikki kolme ottelua EM-kilpailuissa 2012 ja 2016. Kesän 2021 EM-kilpailuissa hän on Ukrainan joukkueen kapteeni.