Ceulemans kuului Belgian jalkapallomaajoukkueen avainpelaajiin sen menestysvuosina 1980-luvulla. Ceulemansin maajoukkueuran kohokohta oli EM-lopputurnaus Italiassa 1980, kun Belgia voitti hopeaa. MM-kisoissa 1986 Meksikossa Ceulemans toimi maajoukkueen kapteenina ja johdatti kolmella maalillaan Belgian neljänneksi. Hän lopetti maajoukkueuransa Italian MM-kisojen ensimmäiselle pudotuspelikierrokselle 1990. Ceulemans pelasi maajoukkueessa 96 ottelua, mikä oli Belgian maajoukkueen ennätys vuoteen 2017 saakka. Pelaamissaan otteluissa hän teki 23 maalia.