Dopo aver giocato nelle nazionali giovanili degli Stati Uniti, con cui ha disputato il Mondiale Under-20 2001, Onyewu ha debuttato nella Nazionale maggiore statunitense il 13 ottobre 2004 contro Panamá, subentrando a Pope all'86º minuto di gioco. Il 17 novembre 2004 contro la Giamaica ha disputato la prima partita da titolare, venendo espulso per doppia ammonizione al 73º minuto di gioco. Ha segnato il primo gol in Nazionale il 21 luglio 2005 contro l'Honduras nella Gold Cup 2005, competizione nel quale è stato inserito nel "Best XI".