Debutnya untuk tim nasional senior datang pada 10 September 2008, tiga minggu setelah ulang tahunnya yang ke-20, melawan San Marino di mana dia datang sebagai pemain pengganti dan mencetak satu Gol. Hanya Włodzimierz Lubański yang mencetak gol pada debutnya untuk tim nasional pada usia lebih muda dari Lewandowski, yakni pada usia 16 tahun ketika itu.
Bermain di kota Warsawa pada pertandingan pembukaan UEFA Euro 2012 pada penyisihan Grup A melawan Yunani, Lewandowski mencetak gol pertama dalam turnamen itu setelah mendapatkan assist dari Jakub Błaszczykowski dan menjadikannya sebagai Man of the Match di pertandingan itu. Ia bermain di seluruh tiga pertandingan Polandia pada turnamen itu, Polandia selaku tuan rumah tersingkir di babak penyisihan grup dengan hanya mengemas dua poin.
Sejak golnya di Euro 2012, Lewandowski kemudian baru mencetak 3 gol, masing-masing dua gol lewat titik penalti dalam kemenangan 5-0 melawan San Marino selama kualifikasi Piala Dunia 2014. Dan gol penyama kedudukan saat melawan Montenegro pada 6 September 2013 juga diajang yang sama.
Pemain Bayern Muenchen, Robert Lewandowski berhasil lewati rekor Juergen Klinsmann usai hancurkan Barcelona di Liga Champions. Bayern Muenchen baru saja sukses cukur habis Barcelona dalam laga perempat final Liga Champions Eropa 2020. Bayern Muenchen sukses menang dengan skor 8-2 atas Barcelona. Tambahan golnya menjadi 14 di Liga Champions 2019-2020, membuatnya menjadi top skor sementara.
Lewandowski membutuhkan empat gol tambahan untuk memecahkan rekor Cristiano Ronaldo sebagai pencetak gol terbanyak di Liga Champions dalam satu musim. Ronaldo mencetak 17 gol pada Liga Champion 2013-2014. Namun, raihan golnya saat ini sudah cukup melampaui total jumlah gol para penyerang terbaik dunia saat ini, Lionel Messi, Ronaldo dan Kylian Mbappe.