Cấp độ trẻ

Vào ngày 15 tháng 10 năm 2010, Goretzka có trận ra mắt đội tuyển U-16 Đức trong trận giao hữu với Bắc Ireland và anh ghi bàn trong chiến thắng 3–2 của đội tuyển[18]. Vào ngày 24 tháng 8 năm 2011, Goretzka có trận ra mắt đội tuyển U-17 Đức trước U-17 Thổ Nhĩ Kỳ, U-17 Đức đã giành chiến thắng 4–0 trong trận này[19].

Từ tháng 8 năm 2011 đến tháng 5 năm 2012, anh giữ băng đội trưởng U-17 Đức tại Giải vô địch U-17 châu Âu 2012 tại Slovenia và dẫn dắt đội U-17 Đức đi đến trận chung kết gặp Hà Lan. Mặc dù Goretzka đã ghi bàn trong trận chung kết nhưng chung cuộc U-17 Đức vẫn thua trận trước đối thủ U-17 Hà Lan trong loạt sút luân lưu[20].

Vào ngày 30 tháng 7 năm 2012, Goretzka được trao Giải vàng Fritz-Walter-Medal 2009 (lứa tuổi U- 17)[21], đây là một giải thưởng uy tín hàng năm dành cho các cầu thủ trẻ tài năng của nước Đức.

Cấp Đội tuyển Quốc gia

Vào ngày 8 tháng 5 năm 2014, Goretzka được HLV Joachim Löw giới thiệu vào đội hình sơ bộ 30 người của tuyển Đức cho World Cup 2014. Vào ngày 13 tháng 5 năm 2014, anh đã có trận ra mắt trong trận hòa 0-0 trước đội tuyển bóng đá quốc gia Ba Lan. Sau trận đấu với Ba Lan, Goretzka bị chấn thương cơ và dẫn đến việc anh bị loại khỏi đội hình chuẩn bị cho World Cup 2014 tại Brazil.

Vào tháng 5 năm 2017, Goretzka có tên trong danh sách đội tuyển Đức tham dự Confederations Cup tại Nga. Trong trận đấu mở màn của tuyển Đức tại giải đấu vào ngày 20 tháng 6, anh ghi bàn thắng đầu tiên cho Đức trong chiến thắng 3–2 trước Australia tại bảng B. Trong trận đối đầu với México tại bán kết, anh đã lập được cú đúp bàn thắng chỉ trong vòng 2 phút. Goretzka đã kết thúc giải Vua phá lưới cùng với Timo Werner và Lars Stindl trong giải đấu với ba bàn thắng. Đội tuyển quốc gia Đức đã giành chiến thắng sau khi đánh bại Chile trong trận chung kết tại Saint Petersburg.

Tháng 10 năm 2017, bàn thắng của Gorerzka trong trận đấu giữa Đức và Azerbaijan tại vòng loại World Cup 2018 được bầu chọn là "Bàn thắng của tháng" với số phiếu áp đảo gần 43% phiếu bầu[22]. Bàn thắng này là một cú đánh gót đầy ngẫu hứng trong tình huống anh đứng quay lưng về phía khung thành đối phương ở khu vực vòng cấm địa.

Vào ngày 4 tháng 6 năm 2018, Goretzka được điền tên vào danh sách 23 cầu thủ cuối cùng của Đức tại FIFA World Cup 2018. Vào ngày 27 tháng 6, Goretzka có trận ra mắt tại World Cup trong trận gặp Hàn Quốc. Tuy nhiên đội tuyển Đức đã trở thành nhà cựu vô địch sau khi thất bại trước Hàn Quốc với tỉ số 0-2 ở lượt trận cuối vòng bảng.

Đội Olympic

Cùng với đồng đội tại Schalke, Max Meyer, Goretzka có tên trong danh sách đội hình tham dự Thế vận hội mùa hè 2016. Anh mang băng đội trưởng Olympic Đức trong trận đầu tiên của họ gặp Mexico, chấn thương vai trong trận đấu này khiến anh không thể tiếp tục thi đấu và phải trở lại Gelsenkirchen. Chiếc băng đội trưởng sau đó được trao lại cho người đồng đội của anh là Max Meyer.

Confederations Cup 2017

Mùa hè năm 2017,Tuyển Đức mang đến Nga một đội hình gồm nhiều cầu thủ trẻ và truyền thông gọi đó là đội hình B. Nhưng họ đã tiến băng băng vào trận chung kết gặp Chile với thành tích 3 trận thắng, 1 trận hòa. Tại giải đấu này, Goretzka ra sân 4 trận và ghi 3 bàn thắng, anh được bình chọn là Cầu thủ hay nhất trận đấu trong trận bán kết gặp Mexico.