Für die dänische Nationalmannschaft bestritt Mortensen 97 Länderspiele, in denen sie 205 Tore erzielte. Die beste Platzierung bei einem Turnier war der vierte Platz bei der Weltmeisterschaft 2005. Außerdem belegte Mortensen mit Dänemark den 11. Rang bei den Europameisterschaften 2006 und 2008. Sie gehörte zum Aufgebot ihres nationalen Verbandes bei der Weltmeisterschaft 2009 in China.