Weteran Bayernu zadebiutował w drużynie narodowej w marcu 2010 roku. W tym samym roku Müller pojechał prosto na legendarne mistrzostwa świata w RPA - narodziła się gwiazda. Na mistrzostwach Europy w Niemczech Müller rozegrał łącznie 56 minut w dwóch meczach, zapewniając asystę w zwycięstwie nad Szkocją, ale nie był w stanie zapobiec eliminacji drużyny przeciwko Hiszpanii.
Mistrz świata w Rio
Największym sukcesem Müllera w reprezentacji Niemiec było zdobycie tytułu mistrza świata w Brazylii. Był tam częścią drużyny, która historycznie rozgromiła gospodarzy 7:1 przed ich publicznością, by w finale pokonać Argentynę.
Cztery lata wcześniej świętował trzecie miejsce z niemiecką drużyną w RPA, co czyni go częścią złotego pokolenia niemieckiej piłki nożnej. W swoich 131 występach na arenie międzynarodowej charyzmatyczny zawodnik z Weilheim zanotował 45 bramek i zanotował 41 asyst, kończąc karierę jako jeden z najlepszych piłkarzy, którzy kiedykolwiek zasznurowali buty dla DFB.