Dopo aver militato nell'Under-21, il 16 agosto 2006 esordisce in nazionale maggiore, nella partita vinta 2-0 contro l' a Livorno. Ćorluka entra nella ripresa, convincendo in positivo grazie alla sua prestazione contro gli attaccanti italiani. Gioca da titolare e interamente tutte le partite di qualificazione ad Euro 2008. Ha giocato inoltre 4 partite all'europeo, uscendo con la sua nazionale ai quarti di finale contro la . Successivamente ha partecipato agli Europei 2012, ai Mondiali 2014, agli Europei 2016 e ai Mondiali 2018. In quest'ultima competizione raggiunge le 100 presenze subentrando al 94º minuto a Mario Mandžukić nella sorprendente vittoria per 3-0 contro l'Argentina, e a fine competizione si laurea vice-campione del mondo. Il 10 agosto annuncia il suo ritiro dalla rappresentativa nazionale.