En 2016, Sofiane Bendebka fait partie, avec Baghdad Bounedjah et Abdelghani Demmou, des trois joueurs âgés de plus de 23 ans sélectionnés par l'entraîneur Pierre-André Schürmann en vue des Jeux olympiques d'été qui se déroulent à Rio de Janeiro au Brésil. Il joue l'intégralité des trois rencontres de poule de l'équipe d'Algérie, éliminée dès le premier tour. À titre personnel, le joueur du NAHD inscrit deux buts contre le Honduras et l'Argentine et porte le brassard de capitaine lors du dernier match face au Portugal.