Vuonna 2007 Kane valittiin Yhdysvaltain maajoukkueeseen nuorten MM-kisoihin Ruotsiin. Yhdysvallat sijoittui kolmanneksi ja Kane valittiin turnauksen tähdistökentälliseen. Hän teki seitsemässä ottelussa yhteensä 5+4=9 tehopistettä sijoittuen pistepörssin neljänneksi. Kane pelasi myös Kanadan MM-kisoissa 2008 tehden turnauksen seitsemässä ottelussa tehot 3+7=10. Vancouverin talviolympialaisissa 2010 Kane teki kuudessa ottelussa kolme maalia ja antoi kaksi maaliin johtanutta syöttöä. Yhdysvallat sijoittui turnauksessa toiseksi. Kane pelasi myös Sotšin talviolympialaisissa 2014 ja World Cupissa 2016. Vuoden 2018 MM-kilpailuissa Kane teki kymmenessä ottelussa tehot 8+12=20 ja voitti turnauksen pistepörssin. Hänestä tuli samalla eniten tehopisteitä yhdessä MM-turnauksessa tehnyt yhdysvaltalainen pelaaja.