Kimmich teki debyyttinsä Saksan maajoukkueessa 29. toukokuuta 2016 Slovakiaa vastaan. Ensimmäisen maaottelumaalinsa hän viimeisteli Norjaa vastaan syyskuussa 2016. Hän pelasi Euroopan-mestaruuskilpailuissa 2016 neljä ottelua ja MM-kilpailuissa 2018 Saksan kaikki kolme peliä. Kesäkuun 28. päivään 2021 mennessä hän on pelannut 58 maaottelua ja tehnyt niissä kolme maalia.