Olivier Girault bestritt 235 Länderspiele für die französische Nationalmannschaft. Bei der Handball-Weltmeisterschaft der Männer 2001 im eigenen Land wurde er Weltmeister, bei der Handball-Europameisterschaft 2006 in der Schweiz Europameister. Besonders stark waren dort seine 7-Meter-Würfe. Bei der Handball-Europameisterschaft 2008 in Norwegen gewann er Bronze, genauso wie bei den Weltmeisterschaften 2005 in Tunesien und 2003 in Portugal. Bei der Weltmeisterschaft 2007 in Deutschland wurde er Vierter. Bei den Europameisterschaften wurde er 2004 in Slowenien und 2002 in Schweden Sechster, 2000 in Kroatien Vierter und 1998 in Italien Siebter. Bei den Olympischen Spielen 2008 holte er sich die Goldmedaille.