Osimhen oli voittamassa alle 17-vuotiaiden maailmanmestaruutta vuonna 2015. Hän teki vähintään yhden maalin Nigerian kaikissa seitsemässä ottelussa ja oli turnauksen paras maalintekijä kymmenellä maalillaan. Hän pelasi ensimmäisen kerran Nigerian miesten maajoukkueessa kesäkuussa 2017 Togoa vastaan. Afrikan-mestaruuskilpailuissa 2019 hän saavutti pronssia mutta pääsi pelaamaan vain pronssiottelussa 45 minuutin ajaksi. Ensimmäisen maaottelumaalinsa hän teki syyskuussa 2019 ystävyysottelussa Ukrainaa vastaan.