Sau khi Kimmich hai lần khoác áo đội U-17 (vào các ngày 12 và 15 tháng 11 năm 2011 gặp đội tuyển Azerbaijan) và 5 lần cho đội U-18 vào năm 2013, anh có bàn thắng quốc tế đầu tiên vào ngày 13 tháng 11 năm 2013 tại Bayonne, trong trận U-19 Đức thắng đội tuyển Pháp 4:3.

Anh ra mắt đội U-21 khi vào sân thay người trong hai trận đấu với đội tuyển Ukraina vào ngày 10 và ngày 14 tháng 10 năm 2014 thuộc khuôn khổ vòng loại giải vô địch U-21 châu Âu (diễn ra vào tháng 6 năm 2015 ở Cộng hòa Séc).

Vào ngày 17 tháng 5 năm 2016 Kimmich lần đầu tiên được gọi lên đội tuyển quốc gia chuẩn bị cho giải vô địch bóng đá châu Âu 2016 tại Pháp.[2][3] Anh ra mắt đội tuyển quốc gia lần đầu vào ngày 29 tháng 5 năm 2016 tại Augsburg với kết quả thua 1: 3 trong trận giao hữu với đội tuyển Slovakia. Sau đó anh có tên trong đội hình chính thức của Đức tranh tài tại giải vô địch châu Âu [4].

Tại giải vô địch châu Âu ở Pháp, Kimmich được chọn đá chính ở vị trí hậu vệ phải từ trận thứ ba gặp Bắc Ireland. Nhờ đá tốt, anh đảm bảo được vị trí chính thức trong đội. Anh ghi bàn thắng quốc tế đầu tiên vào ngày 4 tháng 9 năm 2016 tại Oslo trong trận thắng đội tuyển Na Uy tại vòng loại World Cup 2018 với tỉ số 3:0.

Anh được triệu tập tham dự World Cup 2018 diễn ra tại Nga, tuy nhiên đội tuyển Đức trở thành nhà cựu vô địch sau khi thất bại 0-2 trước Hàn Quốc ở lượt trận cuối vòng bảng.