Kasper Søndergaard bestritt 184 Länderspiele für die dänische Nationalmannschaft. Bei der Europameisterschaft 2008 in Norwegen und bei der Europameisterschaft 2012 in Serbien wurde er Europameister; bei der Weltmeisterschaft 2007 in Deutschland gewann er mit seinem Land Bronze. Im Sommer 2012 nahm er an den Olympischen Spielen in London teil. 2013 gewann er bei der Weltmeisterschaft in Spanien die Silbermedaille. Bei der Europameisterschaft 2014 im eigenen Land wurde er Vize-Europameister. Bei den Olympischen Spielen 2016 in Rio de Janeiro gewann er die Goldmedaille.