Olić sa zúčastnil v chorvátskom mužstve na majstrovstvách sveta v roku 2002. Na turnaji dal vo dvoch zápasoch jeden gól v zápase proti Taliansku. Potom sa zúčastnil aj na majstrovstvách Európy v Portugalsku a na majstrovstvách sveta v Nemecku. Zúčastnil sa aj na majstrovstvách Európy v roku 2008. V zápase proti Nemecku dal v 64 minúte gól na 2-1 a týmto výsledkom vyhrali Chorváti celý zápas. Chorvátsko vyhralo celú skupinu, keď porazili všetkých súperov. Ale vo štvrťfinále prehrali na pokutové kopy s Tureckom.