Anh được gọi vào đội tuyển Ukraina ở World Cup 2006 và ở giải đó Ukraina vào được đến tứ kết trước khi bị loại bởi đội vô địch năm đó, đội tuyển Ý. Anh cũng góp mặt tại Euro 2012, tuy nhiên đội tuyển Ukraina phải dừng bước ở vòng bảng. Ngay sau giải đấu này, Voronin chính thức giã từ đội tuyển Ukraina.