Hansen fez sua estreia na seleção dinamarquesa em 5 de Junho de 2007, onde o seu pai Flemming Hansen também jogou. Integrou a delegação dos Jogos Olímpicos em 2008 e 2012. No Campeonato Mundial de 2011, Hansen conquistou com a seleção a medalha de prata. Com 68 gols, ele foi o artilheiro do torneio e melhor armador esquerdo da competição. Ainda em 2011 foi eleito o Melhor Jogador de Handebol. Em 2012, foi campeão Europeu com a Dinamarca. Foi também o melhor armador esquerdo da competição. Nos Jogos Olímpicos de Londres jogou com a seleção dinamarquesa até as quartas de final. No Campeonato Mundial de 2013, foi vice-campeão e também foi escolhido o jogador mais valioso da competição. No Campeonato Europeu de 2014 jogando em casa, a Dinamarca perdeu para a França e ficou com a prata. Hansen foi um dos melhores da competição. Em 2016, conquistou a medalha de ouro nos Jogos Olímpicos do Rio de Janeiro, derrotando a seleção bicampeã, França, na final por 28-26, sendo considerado a figura da partida com um total de 8 golos e o melhor jogador do campeonato.