Gray en su etapa en Kelvinside Academy formó parte del Equipo nacional escocés Sub-17. En 2010 debuta con Escocia en la gira de preparación contra los All Blacks. Su primera victoria con la selección se produce en el Seis Naciones 2010. El primer try de Gray en un partido internacional no llegó hasta 2012 en un partido de la Seis Naciones ante Irlanda. En 2013 Gray firma un gran torneo de la seis naciones ayudando a ganar a Escocia contra Italia e Irlanda. En 2015 es seleccionado junto a su hermano Jonny para formar parte de la selección escocesa que participa en la Copa Mundial de Rugby de 2015.