Der zuvor für irische Jugendauswahlmannschaften aktive Michael Keane wurde im Sommer 2012 in den englischen Kader für die U-19-Fußball-Europameisterschaft 2012 in Estland nominiert. Keane bestritt das erste der drei Vorrundenspiele und zog mit seinen Teamkameraden Nathaniel Chalobah, Ross Barkley und Nathan Redmond als Gruppenerster ins Halbfinale ein. Gegen Griechenland kam Keane über die volle Spielzeit zum Einsatz, scheiterte mit England jedoch mit 1:2 nach Verlängerung. Am 25. März 2013 debütierte er in der englischen U-21 bei einem 4:0-Heimsieg über Österreich. Am 22. März 2017 kam er im Freundschaftsspiel gegen Weltmeister Deutschland zu seinem ersten Einsatz für die A-Nationalmannschaft, wobei er in der Startelf stand und über 90 Minuten spielte.