Müller hizo su debut para la selección alemana contra los Estados Unidos en julio del 2000. En los años siguientes, ganó varios títulos importantes con Alemania, casi exclusivamente como suplente, a menudo entrando al final. Müller ganó su primer trofeo internacional en la Eurocopa 2001. Dos años más tarde, fue parte del equipo que ganó la Copa Mundial de Fútbol 2003. Jugó tres partidos y anotó dos goles en el torneo.