Sein Länderspieldebüt gab Golmohammadi 1993 gegen Pakistan, zum festen Bestandteil der iranischen Nationalmannschaft wurde er allerdings erst ab Anfang der 2000er-Jahre. Insgesamt stand er 73-mal für das Nationalteam auf dem Platz und erzielte dabei fünf Tore. 2004 gewann Golmohammadi mit dem Iran die Westasienmeisterschaft vor heimischer Kulisse. Im gleichen Jahr erreichte er mit seinem Team den dritten Platz bei der gesamtasiatischen Meisterschaft in China, wobei sein verschossener Elfmeter im Elfmeterschießen gegen den Gastgeber das Ausscheiden im Halbfinale besiegelte. Dass er den Elfmeter im Stile eines Panenka-Hebers ausgeführt hatte, brachte ihm öffentliche Kritik von Trainer Branko Ivanković ein. Zwei Jahre zuvor hatte er bei den Asienspielen für die iranische U23 noch den entscheidenden Elfmeter verwandelt, als man ebenfalls im Halbfinale auf den Gastgeber Südkorea traf. Der Iran gewann dieses Turnier nach einem Finalsieg gegen Japan. Zuletzt spielte Golmohammadi bei der Fußball-Weltmeisterschaft 2006 in Deutschland zweimal für den Iran und erzielte im Spiel gegen Mexiko das erste der beiden Turniertore seines Landes. Im zweiten Spiel gegen Portugal führte sein Foul im Strafraum gegen Luis Figo zum 0:2-Endstand durch Elfmeter. Im letzten Vorrundenspiel fehlte er aufgrund einer Verletzung, welche er sich bei einem weiteren, von ihm verübten und mit einer gelben Karte bestraften Foul gegen Cristiano Ronaldo zugezogen hatte. Nach der WM erklärte er seinen Rücktritt aus dem Nationalteam.