Sørensen toimi pitkään Tanskan maajoukkueen ykkösmaalivahtina ja pelasi kaikkiaan 101 maaottelua vuosina 1999–2012. Hän on kuulunut Tanskan joukkueeseen muun muassa vuoden 2000 EM-kisoissa, vuoden 2002 MM-kisoissa ja vuoden 2004 EM-kisoissa.