S belgickým národním týmem vybojoval stříbrnou medaili na mistrovství Evropy roku 1980, na mistrovství světa v Mexiku roku 1986 skončili Belgičné čtvrtí (Ceulemans zde byl zařazen do all-stars týmu). Zúčastnil se též světových šampiotátů 1982 a 1990 a závěrečného turnaje mistrovství Evropy 1984. Celkem za reprezentaci nastoupil v 96 utkáních (dosud belgický rekord) a vstřelil v ní 22 branek. Podle některých fotbalových databází (např. Footballdatabase.eu, National Football Teams) nastřílel během 96 zápasů 23 gólů. Rozdíl je v přátelském utkání z 5. června 1988 v Odense proti domácímu Dánsku, které Belgie prohrála 1:3. Zatímco Belgická fotbalová asociace připisuje tento gól Enzo Scifovi, databáze jej připisují Janu Ceulemansovi.