Karabatić bestritt sein erstes Länderspiel für Frankreich am 2. November 2002 beim Weltcup gegen Russland. Mit der Nationalmannschaft gewann er 2006 die Europameisterschaft in der Schweiz und wurde Vierter bei der Weltmeisterschaft 2007 in Deutschland. Bei der WM 2007 wurde er zudem in das Allstarteam gewählt. Bei der EM 2008 in Norwegen gewann er die Wahl zum wertvollsten Spieler und zudem Bronze. Bei den Olympischen Spielen 2008 holte er sich die Goldmedaille. Ein Jahr später gewann er mit Frankreich die Weltmeisterschaft in Kroatien. Anfang 2010 wurde er in Österreich erneut Europameister und als Rückraummitte in das All-Star-Team gewählt. Die französische Auswahl war 2010 bis 2012 damit erstmals in der Geschichte gleichzeitig Europameister, Weltmeister und Olympiasieger. Bei der Weltmeisterschaft 2011 verteidigte er mit der französischen Mannschaft den Titel. Im Sommer 2012 gewann er bei den Olympischen Spielen in London erneut die Goldmedaille und wurde wieder ins Allstar-Team gewählt. 2014 wurde er Europameister und zum wertvollsten Spieler des Turniers gewählt. 2015 wurde er in Katar zum dritten Mal Weltmeister. Bei den Olympischen Spielen 2016 in Rio de Janeiro gewann er die Silbermedaille und wurde wieder in das Allstar-Team gewählt. 2017 wurde er im eigenen Land zum vierten Mal Weltmeister und dabei zum vierten Mal nach einem Handball-Großereignis zum wertvollsten Spieler des Turniers gekürt. Bei den darauffolgenden zwei Turnieren, der Europameisterschaft 2018 in Kroatien und der Weltmeisterschaft 2019 in Dänemark und Deutschland gewann er jeweils die Bronzemedaille mit der französischen Auswahl. Mit Frankreich gewann er bei den Olympischen Spielen in Tokio zum dritten Mal die Goldmedaille. Karabatić hat mit Frankreich bei Handballgroßereignissen bisher zehn Goldmedaillen, eine Silbermedaille sowie fünf Bronzemedaillen gewonnen.