Debutó con la selección nacional rusa en 2004, y en 2008 fue incluido por el seleccionador Guus Hiddink en la selección que disputaría la Eurocopa de Austria y Suiza. En este torneo fue titular en los cuatro primeros partidos disputados por su equipo, y se perdió la derrota contra la selección nacional española en semifinales por haber acumulado dos tarjetas amarillas. En total, desde el día de su debut, Denís Kolodin ha defendido la camiseta de su país en 23 ocasiones.