Hegerberg har spilt for flere av Norges juniorlandslag. I 2009 var hun med på det norske laget som ble nummer fire U17 EM i Nyon. To år senere nådde laget finalen i U19 VM 2011 i Italia, hvor de tapte 1–8 for Tyskland. Hegerberg var også med på det norske juniorlandslaget i U20 VM 2012. Hun og søsteren scoret ett mål hver da Canada ble slått 2–1, og det norske laget avanserte til kvartfinale. Den 17. januar 2012 debuterte Hegerberg for A-landslaget i en treningskamp mot Sverige.