Il prend les rênes de l'équipe de France en 2004 et atteint la finale de la Coupe du monde 2006, perdue aux tirs au but (1-1 après prolongation). Raymond Domenech échoue ensuite sévèrement aux premiers tours de l'Euro 2008 et de la Coupe du monde 2010. Il termine sa carrière de sélectionneur national à l'issue de la Coupe du monde 2010, un cuisant échec sur fond de polémiques internes. Avec l'équipe de France, Domenech est le premier sélectionneur à qualifier son équipe pour trois phases finales de trois grandes compétitions.