31 серпня 2014 року дебютував у складі збірної України, вийшов на паркет в зустрічі другого туру попереднього етапу ХVІІ чемпіонату світу проти збірної Фінляндії. При цьому став наймолодшим гравцем в історії чемпіонатів світу. На момент матчу Святославу Михайлюку було 17 років і 52 дні. Попередній рекорд належав Арвідасу Сабонісу.