Olic là thành viên đội tuyển bóng đá quốc gia Croatia dự World Cup 2002 giải đấu mà anh tham dự 2 trận và ghi 1 bàn, nhưng đó là bàn thắng quan trọng vào lưới Ý giúp Croatia thắng 2-1. Ngay sau ghi bàn thắng, Olic công bố bức ảnh của đứa con trai vừa ra đời ở áo trong của anh. Anh được nhớ là không thể mặc lại chiếc áo của anh vào, khi chất liệu trở nên rối trong khi anh ăn mừng bàn thắng. Olic cũng chơi 3 trận cho Croatia ở giải vô địch bóng đá châu Âu 2004 và 2 trận ở World Cup 2006.

Vào tháng 9 năm 2006, Olic bị loại ra khỏi đội tuyển Croatia do đi chơi khuya cùng 2 đồng đội Darijo Srna và Boško Balaban.[10]

Olic được chọn là cầu thủ xuất sắc nhất trận đấu trong trận đấu cuối cùng ở vòng loại khi Croatia đánh bại Anh 3-2.[11] Anh trở nên nổi tiếng sau khi ghi bàn thắng thứ hai của trận đấu, đưa Croatia dẫn lên 2 bàn và khiến Anh không thể tham dự Euro 2008.[12] Huấn luyện viên tuyển Anh Steve McClaren bị sa thải sau kết quả này.

Olic được gọi vào đội tuyển Croatia cho Euro 2008. Vào ngày 12 tháng 6, anh ghi bàn ở phút 62 trong trận gặp Đức ở loạt trận thứ hai của bảng B giúp Croatia thắng 2-1.[13] Anh được cho nghỉ ở loạt trận cuối do họ đã chắc chắn vào vòng trong. Chiến thắng của Croatia trước đội tuyển bóng đá quốc gia Ba Lan giúp Croatia có thành tích 3 trận thắng tuyệt đối ở vòng bảng Euro 2008. Vào ngày 15 tháng 6, theo nhà tài trợ Castrol Index, anh là cầu thủ nhanh nhất Euro 2008.

Olic cũng được triệu tập cho vòng loại World Cup 2010. Anh đóng góp 3 bàn trong 8 trận, nhưng Croatia không giành được vé dự World Cup.