Popovich arbeitete von 2002 bis 2004 auch als Assistenztrainer für die Nationalmannschaft der USA (zum Beispiel bei den Weltmeisterschaften 2002, dem Olympia-Qualifikationsturnier 2003 und den Olympischen Spielen 2004 in Athen). Im Jahr 2016 übernahm Popovich als Trainer die Männerauswahl der USA. Nachdem Jeff Van Gundy als Trainer der Auswahl für die Basketball-Amerikameisterschaft 2017 und die Qualifikation zur Basketball-Weltmeisterschaft 2019 berufen worden war, wurde Popovich wieder ab der Austragung der Weltmeisterschaft als Trainer eingesetzt. Im Oktober 2015 wurde er als Nachfolger von Mike Krzyzewski für den Zeitraum 2017 bis 2020 zum Cheftrainer der US-Nationalmannschaft ernannt. Bei der Weltmeisterschaft 2019 musste Popovich auf viele der besten NBA-Spieler verzichten und wurde bei dem Turnier mit der Mannschaft Siebter.