Sørensen durchlief ab 2008 die Nachwuchs-Nationalmannschaften der Altersklassen U17 und U20 des DBU. Von 2011 bis 2015 kam er für die U21-Nationalmannschaft zum Einsatz und schied mit ihr 2015 im Turnier um die Europameisterschaft im Halbfinale gegen den späteren Titelträger Schweden aus.