Parte stabile della {{NazNB|PC|DUEDEU|M}}, ha vinto l'argento all'[[FIBA EuroBasket 2005|EuroBasket 2005]]. In occasione delle [[Giochi della XXIX Olimpiade|Olimpiadi di Pechino 2008]] è stato scelto come [[portabandiera]] della [[Germania]]. In nazionale indossa la maglia n° 14 in onore di [[Charles Barkley]], dopo averlo ammirato alle [[Giochi della XXV Olimpiade|Olimpiadi di Barcellona '92]], dove Barkley portava quel numero con il [[Nazionale di pallacanestro degli Stati Uniti d'America|Dream Team]]. Quando arrivò ai Mavericks il 14 era già assegnato al compagno [[Robert Pack]], quindi invertì le cifre e prese il 41, che lo accompagna da allora ed è anche commemorativo dell'[[Alba Berlino]]. Il 10 settembre 2015, dopo l'eliminazione della {{NazNB|PC|DUEDEU|M}} da [[Campionato europeo maschile di pallacanestro 2015|EuroBasket 2015]], si ritira dalla nazionale.<ref>{{Cita news|url=https://it.eurosport.com/basket/europei-di-basket/2015/il-canto-del-cigno-nowitzki-dice-addio-alla-nazionale-dopo-la-sconfitta-con-la-spagna_sto4905216/story.shtml|titolo=Il canto del cigno: Nowitzki dice addio alla Nazionale dopo la sconfitta con la Spagna|pubblicazione=Eurosport|data=2015-09-11|accesso=2018-04-08}}</ref>
[[File:Dirk Nowitzki german national team 2015 (cropped).jpg|miniatura|Nowitzki con la {{NazNB|PC|DUEDEU|M}} nel 2015]]
