У лето 2002. Ентони је изабран за учешће на Светском јуниорском првенству. У пет одиграних сусрета, Ентони је био на просеку од 15,6 поена и 6,2 скокова за само 22,2 минута. У првом сусрету такмичења, против Доминиканске Републике, постигао је 15 поена и 9 скокова чиме је одвео свој тим до победе. У другој утакмици, Ентони је за само 21 минут уписао 21 поен и 7 скокова. У полуфиналном поразу од Венецуеле, Ентони је постигао 13 поена и 10 скокова те је у сусрету за треће место одвео екипу до бронзане медаље. На Олимпијским играма 2004. године, одиграо је споредну улогу у тиму и просечно је постизао само 2,4 поена и 1,6 асистенција. Током Светског првенства у Јапану 2006. године, Ентони је именован, заједно с Двејном Вејдом и Леброном Џејмсом другим капитеном тима. 23. августа 2006. Ентони је, у утакмици против Италије, поставио рекорд репрезентације по броју поена у једној утакмици са својих 35. До тада, тај рекорд држао је Кени Андерсон са 34 поена. Ентони је такмичење завршио са просеком од 19,9 поена, 3,7 скокова и 1,6 асистенција по утакмици чиме је изабран у екипу такмичења. Упркос Ентонијевим сјајним играма, тим САД освојио је тек треће место. На Олимпијским играма у Пекингу 2008. године, Ентони је заједно с осталим звездама NBA лиге одвео екипу до савршеног 8-0 скора и освајања толико жељене златне медаље. У финалној утакмици такмичења репрезентација САД победила је Шпанију резултатом 118:107, а Ентони је утакмицу завршио са 13 поена. На Олимпијским играма у Лондону 2012. године Ентони је опет освојио злато са селекцијом САД.