За национальную команду Франции Тюрам сыграл свыше 140 матчей и владеет рекордом по количеству сыгранных за эту сборную матчей. Он забил в сборной лишь два мяча, причём оба в полуфинальном матче чемпионата мира 1998 против сборной Хорватии — благодаря его голам Франция выиграла 2:1 и прошла в финал. Также он участвовал в составе Франции в Чемпионатах мира 2002, 2006 и Чемпионатах Европы 1996, 2000, 2004 и 2008 года. После Чемпионата мира 2006 года он принял решение о завершении выступлений за национальную сборную (уже не в первый раз), однако позже передумал и отозвался на вызов в сборную на матчи отборочного турнира к Чемпионату Европы 2008. 9 июня 2008 года Тюрам в первом матче Евро 2008 против Румынии стал первым игроком сыгравшим 15 матчей в финальной стадии чемпионатов Европы. Тем самым он опередил Зидана, Фигу и Поборски у которых на счету по 14 выступлений. 17 июня 2008 года после последнего матча в группе С Франция-Италия 0-2 Лилиан вместе с Клодом Макелеле объявил о завершении карьеры в сборной.