Griezmann nastupoval vo Francúzskych národných mládežníckych tímoch za tímy do 19 rokov, do 20 rokov a do 21 rokov, a bol súčasťou tímu, ktorý vyhral Majstrovstvá Európy hráčov do 19 rokov v roku 2010 na domácej pôde. Prvý zápas za seniorský národný tím odohral v roku 2014, a hral aj na Majstrovstvách sveta 2014, kde pomohol tímu dostať sa do štvrťfinále. Na EURO 2016 finišovalo Francúzsko na druhom mieste na domácej pôde a Griezmann sa stal najlepším strelcom turnaja a bol zvolený za najlepšieho hráča turnaja. Neskôr vyhral v roku 2018 Majstrovstvá sveta, kde strelil štyri góly, vďaka čomu získal Striebornú kopačku ako druhý najlepší strelec turnaja a Bronzovú loptu za tretieho najlepšieho hráča, a vo finále bol zvolený mužom zápasu.