Caroline Graham Hansen ha fatto parte delle selezioni giovanili della nazionale norvegese sin dall'under-15, venendo convocata per la fase finale del campionato europeo 2011 riservato alle under-19 quando aveva ancora 16 anni. In quell'occasione giocò tutte le partite del torneo, realizzando la rete decisiva nella semifinale contro l', e conquistando la medaglia d'argento col secondo posto raggiunto dalla . Nello stesso anno Graham Hansen fece il suo esordio nella nazionale maggiore della Norvegia in occasione della partita valida per le qualificazioni al campionato europeo 2013 e vinta il 26 ottobre in casa del . Realizzò la sua prima rete in nazionale sempre nelle qualificazioni agli Europei 2013 nella vittoria per 11-0 contro la il 16 giugno 2012. Nel 2012 fece parte della selezione nazionale che partecipò al campionato mondiale under-20, giocando tutte e quattro le partite della Norvegia fino all'eliminazione nei quarti di finale.