Ngày 12 tháng 9 năm 2022, Đình Duy có lần đầu tiên có tên trong danh sách triệu tập của đội tuyển quốc gia Việt Nam, trước đó anh chưa từng khoác áo các tuyển trẻ quốc gia. Anh ra mắt đội tuyển Việt Nam trong trận thắng 4–0 trước Singapore vào ngày 21 tháng 9.