В сборной Дании Йоргенсен дебютировал в марте 1998 года, и через 2 месяца поехал на чемпионат мира во Францию, где провёл все 5 матчей и забил гол в четвертьфинале с Бразилией, проигранный датчанами 2:3. На европейском первенстве два года спустя Йоргенсен провёл лишь 1 матч, а на чемпионате мира 2002 Мартин сыграл три игры, на последней из которых получил травму. После чемпионата мира 2010, решил завершить выступления за сборную, но спустя месяц передумал, чтобы преодолеть отметку в 100 матчей за сборную, и провел ещё несколько вплоть до 2011 года.