Vào ngày 24 tháng 3 năm 2015, sau một loạt màn trình diễn chói sáng trong màu áo Watford, huấn luyện viên tạm quyền Daniel Amokachi đã triệu tập lần đầu tiên Ighalo lên đội tuyển Nigeria.[23] Anh ra mắt đội tuyển Quốc gia Nigeria trong trận thua 0–1 trước Uganda trong một trận giao hữu.[24]

Vào tháng 6 năm 2018, anh góp mặt trong đội hình 23 cầu thủ cho vòng chung kết FIFA World Cup tại Nga.[25][26][27]

Ighalo đã ghi 7 bàn thắng tại Vòng loại Cúp bóng đá châu Phi 2019, nhiều hơn bất kỳ cầu thủ nào, để giúp Nigeria đủ điều kiện cho vòng chung kết ở Ai Cập vào cuối năm đó.[28][29][30][31] Nigeria để thua Algeria trong trận bán kết (thua 1–2)[32] và thắng Tunisia trong trận tranh hạng ba (thắng 1–0);[33] khi kết thúc giải đấu, anh tuyên bố giã từ sự nghiệp quốc tế.[34]