Mathias Jensen fik debut på Danmarks A-landshold 7. oktober 2020, hvor han spillede fuld tid i en 4-0-sejr hjemme over Færøerne. Han scorede sit første landskampsmål i VM-kvalifikationskampen mod i 8-0-sejren. Han var med i den danske trup til EM-slutrunden 2020 (afholdt i 2021), og han blev skiftet ind i alle Danmarks seks kampe.