Cyril Dumoulin, 21 Haziran 2009 tarihinde Letonya'ya karşı uluslararası bir maçta Fransa millî takımıyla ilk kez bir maça çıktı. Fransa millî takımıyla 2014 Avrupa Erkekler Hentbol Şampiyonası'nda şampiyon oldu ve 2019 Dünya Erkekler Hentbol Şampiyonası'nda bronz madalya kazandı. Fransa için 88 maçta oynadı.