Courtois sa s belgickou repre zúčastnil niekoľkých veľkých turnajov. Hral na majstrovstvách sveta 2014, kde vypadol vo štvrťfinále v zápase s Argentínou. Na EURE 2016 skončil taktiež vo štvrťfinále, tentokrát proti Walesu. Na majstrovstvách sveta 2018 obsadil 3. miesto. Courtois sa stal najlepším brankárom turnaja.