Haar debuut voor het nationale team maakte Hegerberg in november 2011 waarbij ze inviel tegen Noord-Ierland. Ze maakte deel uit van het Noorse team dat tijdens het Europees kampioenschap voetbal in 2013 in de finale met 1-0 verloor van Duitsland. Twee jaar later was Hegerberg er ook bij tijdens het Wereldkampioenschap voetbal. Zij scoorde drie goals in de groepsfase. In de tweede ronde was Engeland te sterk voor de Noorse dames. In 2017 besloot Hegerberg tijdelijk niet meer uit te komen voor het Noorse team.