Trezeguet começou sua carreira internacional jogando pela equipe sub-21 da França, ao lado de companheiros de Seleção principal como Thierry Henry, Willy Sagnol, e William Gallas. Disputou o Mundial Sub-20 de 1997. Em 1998 Trezeguet foi campeão da Copa do Mundo, como reserva, e dois anos depois foi campeão da Euro 2000, marcando o gol de ouro que deu o título à França na final contra a Itália. Ele também jogou pela França nas Copas de 2002 e 2006 e na Euro 2004. Trezeguet foi nomeado um dos 125 maiores jogadores de futebol vivos em 2004.