
Pada usia 15 tahun, Hegerberg adalah bagian dari tim U-19 Norwegia yang lolos ke Kejuaraan Wanita U-19 UEFA 2011. Dia juga termasuk dalam skuad untuk turnamen terakhir, di mana Norwegia mencapai final. Hegerberg dimasukkan dalam skuad Norwegia untuk Piala Dunia Wanita U-20 2012, di sana tim mencapai perempat final. Dia dan Andrine mencetak gol dalam kemenangan 2-1 atas Kanada di babak penyisihan grup. Dia membuat debut seniornya untuk Norwegia sebagai pengganti dalam kekalahan 3-1 dari Irlandia Utara di Lurgan pada 19 November 2011. Hegerberg terpilih dalam skuad Norwegia untuk Kejuaraan Wanita UEFA 2013 dan membuat debut kejuaraannya di pertandingan pembukaan; hasil imbang 1–1 dengan Islandia pada 11 Juli 2013. Dia mencetak gol pertamanya di turnamen saat Spanyol dikalahkan 3-1 di perempat final dan memainkan 90 menit penuh saat Norwegia kalah 0-1 ke Jerman.
Hegerberg adalah anggota skuad Norwegia untuk Piala Dunia Wanita FIFA 2015. Dia mencetak tiga gol dalam tiga pertandingan penyisihan grup, disorot oleh kinerja dua gol saat Norwegia menang 3-1 atas Pantai Gading. [26] Hegerberg dinominasikan untuk Penghargaan Pemain Muda Terbaik atas usahanya. Pada bulan Januari 2016, Hegerberg dianugerahi Bola Emas Norwegia 2015, diberikan kepada pesepakbola terbaik di Norwegia. Dia adalah wanita pertama yang memenangkan penghargaan dalam 20 tahun. Pada musim panas 2017, Hegerberg memutuskan untuk beristirahat dari sepakbola internasional.