Наингголан был в числе кандидатов на попадание в состав сборной Бельгии на чемпионате мира 2014 года в Бразилии, однако в итоге не попал в окончательную заявку. Первым крупным международным турниром для 28-летнего Наингголана стал чемпионат Европы 2016 года во Франции. В третьем матче группового этапа дальним ударом в конце матча принёс бельгийцам победу над сборной Швеции (1:0). В четвертьфинале против сборной Уэльса открыл счёт мощным ударом из-за пределов штрафной, но затем валлийцы забили трижды и выбили Бельгию из турнира (1:3).