Mặc dù anh đã được sinh ra ở Anh, Keane là người gốc Ireland, vì vậy anh đủ điều kiện để chơi cho đội tuyển quốc gia Cộng hòa Ireland, nhưng anh bày tỏ muốn được chói cho đội tuyển U19 Anh, hy vọng được đưa vào đội hình trận giao hữu với Cộng hòa Séc vào tháng 2 năm 2012[15].Anh có trận ra mắt cho đội tuyển U 19 vào ngày 25 tháng 5 năm 2012, trong chiến thắng 5-0 trước Slovenia trong trận đó anh trai Will Keane ghi hai bàn[16].anh có tên trong đội hình tham dự 2012 UEFA European Under-19 Championship,dưới sự dân dắt của HLV Noel Blake,giúp đội tuyển anh lọt vào tới vòng bán kết[17],

Ngày 25 tháng 3 năm 2013, Keane có trận ra mắt cho đội tuyển U-21, thay thế Andre Wisdom ở phút thứ 77 trong chiến thắng 4-0 trước Áo tại sân vận động Falmer. Ngày 14 tháng 10 năm 2013, Keane mở tỷ số từ cú sút phạt của James Ward - Prowse phút thứ 21.[18]

Đội tuyển Anh U21 tiếp tục đánh bại các đội U21 Phần Lan với một chiến thắng thuyết phục 3-0. Keane lặp lại được thành tích này trong trận đấu thứ hai liên tiếp năm ngày sau đó. Đội U21 nước Anh tiếp tục đánh bại đội U21 San Marino 9-0, một chiến thắng kỷ lục [19]

Ngày 22 tháng 3 năm 2017, Michael Keane được huấn luyện viên Gareth Southgate triệu tập lên đội tuyển bóng đá quốc gia Anh tham dự trận đấu giao hữu gặp đội tuyển Đức và vòng loại World Cup 2018 gặp Litva vào các ngày 22 và 26 tháng 3 năm 2017.

Ngày 25 tháng 3 năm 2019, anh đã có bàn thắng đầu tiên cho đội tuyển quốc gia ở trận thắng Montenegro ở vòng loại Euro 2020.