Goretzka ha fatto parte delle nazionali giovanili tedesche Under-16, Under-17, Under-19 e Under-21. Debutta con la nazionale maggiore il 13 maggio 2014 ad Amburgo, dove viene schierato dal primo minuto di gioco nella sfida amichevole contro la Polonia, terminata col punteggio di 0-0. Partecipa al torneo olimpico di calcio di Rio de Janeiro 2016, dove ottiene la medaglia d'argento in virtù del secondo posto finale.