Im Oktober 2014 debütierte er im Rahmen der Qualifikation zur U-21-Europameisterschaft 2015 in der schwedischen U-21-Nationalmannschaft, die erfolgreich abgeschlossen wurde. Zunächst nicht von Auswahltrainer Håkan Ericson für eine Teilnahme an der U-21-Europameisterschaft vorgesehen, rückte Lindelöf wenige Tage vor Turnierbeginn nach dem verletzungsbedingten Ausfall von Emil Krafth in den Kader nach. Im ersten Spiel gegen Italien noch Einwechselspieler, stand er bei den folgenden Turnierspielen in der Startformation und erreichte mit der Auswahlmannschaft das Endspiel gegen die portugiesische U-21-Nationalmannschaft. Im Elfmeterschießen verwandelte er den letzten schwedischen Elfmeter. Nachdem Patrik Carlgren anschließend William Carvalhos Elfmeter pariert hatte, gewannen die Schweden ihren ersten Titel bei einem UEFA-Turnier. Gemeinsam mit seinen Mannschaftskameraden Filip Helander und Oscar Lewicki wurde er in die „Offizielle Mannschaft des Turniers“ gewählt. Am 24. März 2016 wurde er gegen die Türkei in Antalya erstmals in einem A-Länderspiel eingesetzt und stand dabei in der Startelf.