Após ser eleita a melhor atacante e craque do Campeonato Brasileiro Feminino de 2016, Millene foi convocada para a Seleção Brasileira de Futebol Feminino pela primeira vez em 2016, com 21 anos, para disputar o Torneio Internacional de Futebol Feminino. Representou o Brasil novamente em 2018 para a disputa de amistosos e da Copa América Feminina de 2018, conquistando o campeonato.