За національну команду Франції Тюрам зіграв понад 140 матчів і встановив рекорд за кількістю зіграних за цю збірну матчів. Він забив у збірній лише два м'ячі, причому обидва в півфінальному матчі чемпіонату світу 1998 проти збірної Хорватії — завдяки його голам Франція виграла 2:1 та пройшла до фіналу. Також він брав участь у складі Франції у Чемпіонатах світу 1998, 2002, 2006 та Чемпіонатах Європи 1996, 2000 та 2004. Після Чемпіонату світу 2006 року він вирішив завершити виступи за національну збірну (вже не вперше), однак пізніше передумав і відгукнувся на виклик до збірної на матчі відбіркового турніру до Чемпіонату Європи 2008. 9 червня 2008 року Тюрам у першому матчі Євро 2008 проти Румунії став першим гравцем, що зіграв 15 матчів у фінальній стадії чемпіонатів Європи. Тим самим він випередив Зідана, Фігу та Поборскі, в яких налічується по 14 виступів. 17 червня 2008 року після останнього матчу в групі С Франція-Італія 0-2 Ліліан разом із Клодом Макелеле оголосив про завершення кар'єри у збірній.