Olsson debuterade i det svenska landslaget i juni 2010 vid en träningsmatch mot Vitryssland. Han blev uttagen i Sveriges trupp till fotbolls-EM 2012 i Polen och Ukraina av förbundskaptenen Erik Hamrén. Han gjorde ett landslagsmål i en vänskapsmatch mot Argentina på Friends Arena 6 februari 2013. Efter en förlust i VM-kvalmatchen mot Österrike 7 juni 2013 tappade Olsson sin landslagsplats då Hamrén valde att satsa på andra mittbackar. Sista landskampen för Olsson blev mot Norge 8 juni 2015.