Umtiti speelde voor zowel Frankrijk –17, Frankrijk –18, Frankrijk –19 als Frankrijk –20. Door de aanwezigheid van Raphaël Varane was hij niet altijd zeker van een basisplaats centraal achterin. Daardoor speelde hij soms ook wel linksback. In 2013 won Umtiti met Frankrijk –20 het wereldkampioenschap voetbal onder 20 in Turkije. Umtiti werd in mei 2016 opgeroepen voor het Frans voetbalelftal voor deelname aan het EK 2016 in eigen land, als vervanger voor de geblesseerde Jérémy Mathieu. Hij maakte op 3 juli 2016 zijn debuut als international. Hij was die dag basisspeler tijdens een wedstrijd in de kwartfinales die Frankrijk met 5–2 won van IJsland. Umtiti speelde daarna ook in de halve finale tegen Duitsland (2–0) en in de finale, die zijn ploeggenoten en hij na verlenging met 0–1 verloren van Portugal. Op 13 juni 2017 scoorde Umtiti zijn eerste doelpunt voor Frankrijk, in een vriendschappelijke wedstrijd met Engeland. De wedstrijd werd met 3–2 gewonnen. Op 17 mei 2018 werd Umtiti geselecteerd voor het Franse elftal op het WK 2018. Umtiti miste enkel minuten in de laatste groepswedstrijd tegen Denemarken, waar hij de hele wedstrijd op de bank bleef. Umtiti maakte in de halve finale tegen België in de 51ste minuut het enige doelpunt van de wedstrijd. Hierdoor kwalificeerde Frankrijk zich voor de finale tegen Kroatië. De 4–2 winst in de finale betekende de tweede wereldbeker in de geschiedenis van Frankrijk.