Kirilenko zeigte sein Talent bereits in verschiedenen russischen Jugend-Auswahlmannschaften. Sein erstes großes Turnier in der A-Nationalmannschaft waren die Olympischen Spiele 2000, als die russische Mannschaft den achten Platz belegte. Bei der WM 2002, die Russland auf Platz 10 abschloss, konnte er aufgrund einer Verletzung nur drei Spiele bestreiten.