Jabarkan Senior dari Sardar Azmoun

Pada 5 Oktober 2013, Azmoun dipanggil ke Tim nasional sepak bola Iran untuk melawan Thailand oleh Carlos Queiroz. Dia masuk dalam skuad sementara 28 pemain Iran untuk Piala Dunia FIFA 2014 yang dipilih oleh Queiroz tetapi termasuk salah satu dari lima pemain yang tidak dipilih dalam skuad final.

Azmoun melakukan debut senior pada 26 Mei 2014 dalam pertandingan persahabatan melawan Montenegro, masuk sebagai pemain pengganti pada menit ke-60 menggantikan Reza Ghoochannejhad. Namun, dia tidak termasuk dalam skuad Iran untuk Piala Dunia FIFA 2014, diumumkan pada tanggal 1 Juni 2014. Dia mencetak gol pertamanya pada 18 November 2014 dalam kemenangan persahabatan 1–0 melawan Korea Selatan.

Azmoun dipanggil ke skuad Piala Asia AFC 2015 Iran pada 30 Desember 2014 oleh Carlos Queiroz. Dia mencetak gol dalam pertandingan berikutnya, kemenangan persahabatan 1–0 melawan Irak. Dia kemudian mencetak gol kemenangan dalam pertandingan kedua Piala Asia melawan Qatar dengan aksi individu yang luar biasa. Dia juga membuka skor melawan Irak dalam perempat final dengan gol sundulan.

Pada tanggal 16 Juni 2015, Azmoun mencetak gol melawan Turkmenistan dalam kualifikasi Piala Dunia FIFA 2018. Pada tanggal 3 September 2015, dia mencetak brace pertamanya di level senior dalam kemenangan 6-0 melawan Guam dalam kualifikasi Piala Dunia. Dia mencetak hat-trick pertamanya untuk tim nasional Iran dalam kemenangan 3-0 atas Macedonia di Stadion Philip II pada tanggal 2 Juni 2016. Delapan hari setelah itu, dia mencetak gol pertama dalam kemenangan 2-0 Iran atas Uzbekistan yang memastikan lolos ke Piala Dunia FIFA 2018. Pada bulan Juni 2018, dia masuk dalam skuad akhir Iran untuk Piala Dunia FIFA 2018 di Rusia. Dia membuat penampilan pertamanya di Piala Dunia dalam kemenangan 1-0 melawan Maroko dalam pertandingan grup pertama pada tanggal 15 Juni.

Azmoun pensiun dari sepak bola internasional pada usia 23 tahun setelah Iran tersingkir dari Piala Dunia FIFA 2018 karena dia menerima ejekan dari para penggemar, yang katanya menyebabkan ibunya semakin sakit. Azmoun memilih pensiun untuk berada di sisi ibunya.

Pada Oktober 2018, Azmoun kembali ke tim nasional Iran dan dipanggil untuk Piala Asia AFC 2019 oleh Carlos Queiroz.

Selama Protes Mahsa Amini 2022, Azmoun mengambil sikap publik menentang pemerintah Iran. Dia menyatakan bahwa pandangan publiknya bisa membuatnya kehilangan kesempatan untuk bermain di Piala Dunia, tetapi dia berkata "Itu sepadan untuk mengorbankan satu helai rambut wanita Iran". Meskipun demikian, dia diizinkan untuk bermain dalam pertandingan persahabatan melawan Senegal, di mana dia mencetak gol penyama kedudukan namun menolak untuk merayakan gol tersebut.