Em 9 de julho de 2006, Trezeguet participou da final da Copa do Mundo, realizada na Alemanha. A partida, contra a Itália, foi para a disputa por pênaltis após um empate em 1 a 1, e Trezeguet desperdiçou sua cobrança, acertando o travessão. No final, os italianos venceram por 5 a 3 e sagraram-se tetracampeões mundiais.