Năm 2009, anh được chọn vào Đội tuyển U-15 quốc gia Nhật Bản và tham dự vòng loại AFC U-16 Championship 2010. Anh đã có cú hat-trick trong trận đấu với Philippines. Tại vòng chung kết, U-15 Nhật Bản lọt đến top 4, còn Minamino đã ghi 5 bàn và trở thành vua phá lưới của giải đấu.

Năm 2011, trước thềm FIFA U-17 World Cup 2011, một bài báo có nhan đề "Takumi Minamino, Japan's lethal weapon (Minamino Takumi, vũ khí tối thượng của Nhật Bản)" được đăng lên trang chủ chính thức của FIFA, anh được kì vọng là con át chủ bài của U-17 Nhật Bản[20]. Tuy nhiên, trước giải đấu anh ấy đã không có trạng thái tốt nhất và chỉ ghi được 1 bàn thắng, nhưng U-17 Nhật Bản đã lọt vào top 8 đội mạnh nhất sau 18 năm kể từ giải đấu họ làm đội chủ nhà vào năm 1993.

Năm 2014, tại giải U19 Quốc tế 2014 – Nutifood Cup được tổ chức tại Việt Nam vào tháng 1, anh đã nhận được danh hiệu MVP – cầu thủ xuất sắc nhất giải đấu[21][22]. Tháng 4, anh tham gia trại huấn luyện cho ứng cử viên đội tuyển Nhật Bản[23]. Anh đã không được chọn làm thành viên của đội tuyển quốc gia Nhật Bản tham dự FIFA World Cup 2014, không có cầu thủ nào của đội tuyển Nhật Bản dự World Cup ở độ tuổi thanh thiếu niên kể từ sau cầu thủ Ono Shinji, tuy nhiên anh cũng đã được điền tên trong danh sách đăng kí sơ bộ[24]. Tại giải AFC U-19 Championship 2014 được tổ chức tại Myanmar, anh đã có màn thể hiện xuất sắc khi ghi được 4 bàn sau 4 trận, tuy nhiên cuối cùng U-19 Nhật Bản đã phải dừng lại ở vòng tứ kết chỉ vì quả penalty hỏng của chính anh[25][26].

Năm 2015, anh được chọn trong trận gặp đội tuyển quốc gia Syria tại vòng loại FIFA World Cup 2018 khu vực châu Á (Vòng 2) diễn ra vào tháng 10, đây là lần đầu tiên anh được chọn vào đội tuyển quốc gia[27]. Ngày 13/10, anh đã chơi trận đầu tiên trong màu áo đội tuyển quốc gia trong trận giao hữu quốc tế gặp đội tuyển Iran.

Năm 2016, anh được gọi tham dự giải đấu AFC U-23 Championship 2016, đây cũng là vòng loại cho giải bóng đá nam tại Thế vận hội Mùa hè 2016. Trong lượt trận thứ 3 vòng bảng gặp U-23 Ả Rập Xê Út, từ phía cánh phải, anh đã rê bóng thành công và kiến tạo Ideguchi Yosuke ghi bàn. Tại Thế Vận hội Mùa hè 2016, trong trận đầu tiên gặp đội tuyển U-23 Nigeria vào ngày 4/8, anh đã ghi bàn gỡ hòa, nhưng U-23 Nhật Bản đã thua với tỉ số 4 – 5. Anh đã chơi cả 3 trận đấu vòng bảng, tuy nhiên U-23 Nhật Bản đã bị loại tại đây.

Ngày 11/9/2018, anh đã ghi bàn thắng đầu tiên cho đội tuyển Nhật Bản tại Kirin Challenge Cup trước đội tuyển Costa Rica[28]. Ngày 12/10, trong trận gặp đội tuyển Panama, anh đã ghi bàn thắng dẫn trước ở phút 42[29]. Ngày 16/10, với việc ghi bàn dẫn trước đội tuyển Uruguay, và sau đó ghi thêm bàn thắng thứ 4 vào phút 66, anh đã ghi bàn trong 3 trận liên tiếp[30]. Việc ghi bàn trong 3 trận liên tiếp kể từ trận đấu đầu tiên sau khi thay đổi HLV đội tuyển quốc gia, nếu trong phạm vi sau khi thành lập J-League, thì trong lịch sử chỉ mới có 3 người làm được, đó là Lopes Wagner vào năm 1997, Okazaki Shinji vào năm 2015 và tiếp theo là anh[31].

Tháng 1/2019, anh tham dự giải đấu AFC Asian Cup 2019. Trong trận bán kết với Iran, vào phút 56, khi Minamino đón đường chọc khe của đồng đội, anh đã bị ngã sau pha va chạm với hậu vệ đối phương. Các cầu thủ Iran ngay lập tức đứng lại và chạy đến phân bua với trọng tài rằng đã không có lỗi xảy ra và Minamino chỉ giả vờ ngã. Tuy nhiên, vốn dĩ trọng tài đã không thổi phạt, trận đấu vẫn tiếp tục diễn ra, Minamino nhanh chóng đứng dậy đuổi theo bóng trước khi có đường chuyền chính xác để Osako Yuya mở tỷ số[32]. Ngoài pha kiến tạo nói trên, anh còn kiếm thêm một quả penalty và kiến tạo một bàn nữa, anh đã góp công vào tất cả các bàn thắng của trận đấu. Trong trận chung kết đối đầu với đội tuyển Qatar, anh đã ghi bàn thắng đầu tiên của mình tại giải đấu, dẫu vậy đội tuyển Nhật Bản đã bị đánh bại với tỉ số 1 – 3[33][34].