Benzemaa pyydettiin Algerian maajoukkueeseen, mutta hän halusi edustaa mieluummin Ranskaa. Pian päävalmentaja Raymond Domenech kutsuikin Benzeman maajoukkueeseen otteluun Kreikkaa vastaan, mutta Benzema oli tuolloin loukkaantunut eikä kyennyt pelaamaan. Debyytti maajoukkueessa tapahtui 2. maaliskuuta 2007 Itävaltaa vastaan ja Benzema onnistui heti maalinteossa. Hän pelasi vuoden 2008 EM-kilpailuissa kaksi ottelua, vuoden 2012 EM-kilpailuissa neljä ottelua ja vuoden 2014 MM-kilpailuissa. MM-turnauksessa hän teki alkulohkossa kaksi maalia Hondurasia ja yhden Sveitsiä vastaan.