18 ноября 1987 года в матче против сборной Германии Голльбек дебютировал за сборную Дании. Он привлекался в сборную на отборочные турниры чемпионатов мира 1994, 2002 годов, а также Евро-92, правда в финальных стадиях не участвовал. В 1998 году Бьярне попал в заявку на участие в чемпионате мира во Франции. На турнире он был запасным и не принял участия ни в одном матче. В 2000 году Голльбек поехал с национальной командой на чемпионат Европы в Бельгии и Нидерландах. На турнире он сыграл в одном матче против сборной Чехии.