W reprezentacji Chorwacji Olić zadebiutował 13 lutego 2002 w zremisowanym 0:0 meczu z reprezentacją Bułgarii. Był członkiem kadry na finały Mistrzostw Świata w 2002, gdzie zagrał 2 mecze i zdobył jedną bramkę w wygranym meczu z Włochami. Na Euro 2004 był podstawowym napastnikiem Chorwacji i zagrał tam 3 mecze. Olić grał też na Mundialu w Niemczech, gdzie Chorwacja zagrała słabo i nie wygrała żadnego z 3 meczów – Olić zagrał w 2 z nich (z Japonią oraz z Australią). 2 marca 2016 zakończył karierę reprezentacyjną.