Für Dänemark (A-Nationalmannschaft) spielte er bei den Europameisterschaften 2000 und 2004 sowie bei der Weltmeisterschaft 2002. Seit seinem Debüt am 19. August 1998 bestritt Gravesen 66 Spiele für sein Land. Im September 2006 erklärte er seinen Rücktritt aus der Nationalmannschaft.