Nel maggio 2012 figura tra i diciotto preconvocati della nazionale statunitense per le Olimpiadi di . Il 14 luglio viene ufficializzata la sua presenza ai Giochi in sostituzione dell'infortunato Blake Griffin. Nell'estate del 2014 viene chiamato a far parte della squadra che disputerà i Mondiali di Spagna; nella competizione Anthony trascina, insieme a Kyrie Irving (che verrà nominato MVP del torneo), il team USA alla vittoria in finale contro la Serbia.