Am 11. Juni 2015 debütierte Milad Mohammadi beim 1:0-Testspielsieg gegen Usbekistan für die iranische Nationalmannschaft. Im Juni 2018 nahm er mit dem "Team Melli" an der Weltmeisterschaft in Russland teil. Bei der 0:1-Niederlage gegen Spanien im zweiten Gruppenspiel wurde er erstmals eingewechselt und erweckte mit einem fehlgeschlagenen Salto-Einwurfversuch in der 93. Spielminute kurzweilige Berühmtheit. Auch beim 1:1-Unentschieden gegen Portugal wurde er eingetauscht. Im Januar 2019 war er im iranischen Kader für die Asienmeisterschaft in den Vereinigten Arabischen Emiraten teil, wo er in vier Spielen zum Einsatz kam und mit der Mannschaft im Halbfinale gegen Japan ausschied.