Ngày 23 tháng 9 năm 1987, Illgner ra mắt đội tuyển Tây Đức trong trận giao hữu thắng 1–0 trên sân nhà trước Đan Mạch, và cùng thủ môn chính Eike Immel tham dự UEFA Euro 1988. Tại World Cup 1990, ông là lựa chọn số một của đội tuyển đứng sau hàng hậu vệ bao gồm Klaus Augenthaler, Andreas Brehme, Thomas Berthold, Guido Buchwald và Jürgen Kohler (Matthias Sammer thay thế vị trí của Augenthaler tại Euro 1992); tại bán kết, ông cản được cú sút của Stuart Pearce tại loạt sút luân lưu trước đội tuyển Anh, giúp Đức lọt vào trận chung kết gặp Argentina.[6]

Illgner thi đấu tổng cộng 54 trận cho đội tuyển, ông cũng có mặt ở World Cup 1994, và giã từ đội tuyển Đức sau trận tứ kết thua trước Bulgaria khi mới ở độ tuổi 27.[7]