Диуф је за репрезентацију Сенегала дебитовао против Бенина у априлу 2000. Са Сенегалом је заузео друго место на Купу афричких нација 2002, а играо је и на Светском првенству 2002. где је Сенегал дошао до четвртфинала такмичења. Године 2004. Пеле је уврстио Диуфа на листу од 125 најбољих живих играча на свету. Октобра 2007. Диуф је изјавио да се повлачи из репрезентације, фрустриран због организације у тиму.