Sur la scène internationale, Mononen représente son pays à plusieurs reprises. En 1968, il dispute le premier Championnat d'Europe junior où les Finlandais échouent au pied du podium. Il fait ses débuts avec l'équipe sénior à l'âge de 18 ans à l'occasion d'une rencontre amicale contre la Pologne au cours de laquelle il enregistre un triplé. Pour son premier Championnat du monde en 1969, il termine meilleur pointeur de sa sélection avec 7 points, à égalité avec Jorma Peltonen. 1972 prouve être une importante année pour Mononen. Lors des Jeux olympiques d'hiver de Sapporo, auteur de 7 réalisations, il se classe deuxième buteur du tournoi derrière Valeri Kharlamov. Dans la foulée, il établit un record pour un joueur finlandais lors du Championnat du monde avec 15 points marqués, le plaçant quatrième de l'événement. Ce record tient jusqu'en 1999 lorsqu'il est battu par Saku Koivu. Au cours de sa carrière, Mononen dispute six Championnats du monde et une Olympiade. Il totalise 145 sélections au cours desquelles il enregistre 51 buts et 37 aides por un total de 88 points.