Mortensen hat 233 Länderspiele für die dänische Frauen-Handballnationalmannschaft bestritten, in denen sie vier Treffer erzielte. Mit Dänemark gewann sie 2000 und 2004 die olympische Goldmedaille. Im Sommer 2012 nahm sie erneut an den Olympischen Spielen in London teil. Zusätzlich gewann Mortensen 2002 die Europameisterschaft, bei der sie zusätzlich als beste Torhüterin in das All-Star-Team sowie zum MVP gewählt wurde. Sie gehörte zum Aufgebot ihres nationalen Verbandes bei der Weltmeisterschaft 2009 in China.