In der niederländischen Nationalmannschaft debütierte Kay Smits am 11. Juni 2016 gegen Polen. Er bestritt bisher 53 Länderspiele, in denen er 195 Tore erzielte. Mit dem niederländischen Team nahm er an der Europameisterschaft 2020 teil, war mit 22 Toren in drei Spielen bester Schütze seiner Auswahl und belegte den 17. Rang bei 24 Mannschaften.