Sissoko ontving op 3 augustus 2009 voor het eerst een uitnodiging voor het Frans voetbalelftal. In een WK-kwalificatiewedstrijd tegen Faeröer speelde hij geen minuut. Sissoko maakte in oktober 2009 wel zijn debuut in de tweede confrontatie tegen de eilandengroep. Hij verving in de 61ste minuut Jérémy Toulalan. Met Frankrijk nam hij deel aan het wereldkampioenschap voetbal 2014, waarop hij viermaal in actie kwam en één doelpunt maakte. Bondscoach Didier Deschamps nam Sissoko op 12 mei 2016 op in de Franse selectie voor het EK 2016, in eigen land. Hierop bereikten zijn ploeggenoten en hij de finale, die ze met 0–1 verloren van Portugal.