Mit der norwegischen Nationalmannschaft nahm O’Sullivan an der Handball-Europameisterschaft 2014 teil, schied aber bereits nach der Vorrunde aus. Mit Norwegen wurde er 2017 und 2019 Vize-Weltmeister. Mit Norwegen nahm er an den Olympischen Spielen in Tokio teil. Er debütierte am 19. Juli 2012 gegen Dänemark und bestritt bisher 143 Länderspiele, in denen er 230 Tore erzielte.