Müller pelasi Saksan maajoukkueessa ensimmäisen maaottelunsa heinäkuussa 2000. Hän on ollut kahdesti mukana voittamassa Saksalle maailmanmestaruutta: Yhdysvalloissa 2003 loppuottelussa kaatui Ruotsi luvuin 2-1 ja Kiinassa 2007 Brasilia luvuin 2-0. Lisäksi hän oli voittamassa Euroopan-mestaruutta vuosina 2001 ja 2009 sekä saavuttamassa olympiapronssia Ateenassa 2004. Kaikkiaan hän on pelannut maajoukkueessa 101 ottelua ja tehnyt niissä 37 maalia.