Demba Ba nait et grandit en France de parents sénégalais lui permettant d'être bi-national. À 22 ans, il répond positivement à première convocation d'Henryk Kasperczak en sélection du Sénégal. Il obtient sa première sélection le 2 juin 2007 et marque un but pour sa première contre la Tanzanie, match qualificatif à la Coupe d'Afrique des nations 2008 . Cependant, il ne participa pas à la CAN 2008. Il marque son second but en sélection et offre la victoire avec un but lors d'un match amical contre le Soudan en janvier 2012. Il participe à la CAN 2012 mais rate la phase finale lors du premier tour de la compétition. Pas qualifié pour la CAN 2013, il n'est pas sélectionné pour la Coupe d'Afrique des nations 2015 éliminée plus tard en phase de groupe.