Con la selección de Irlanda fue internacional durante la Copa Mundial de Estados Unidos 1994, y en las eliminatorias para el Mundial de Francia 1998, donde no clasificó. Logró instalarse con su selección para la Copa Mundial Corea-Japón 2002, donde fueron eliminados por penales en octavos de final ante España, aunque Keane abandonó la convocatoria antes del inicio del campeonato tras discutir con el seleccionador irlandés Mick McCarthy. Como su selección no consiguió estar en el Mundial de Alemania 2006, Keane decide hacer público su retiro del elenco irlandés, donde disputó, desde su debut, 67 partidos, marcando 9 goles.