Van Dijk đã ra mắt quốc tế cho Hà Lan vào ngày 10 tháng 10 năm 2015, trong chiến thắng 2-1 trên sân khách trước Kazakhstan ở vòng loại UEFA Euro 2016.[88]

Anh được trao quyền đội trưởng dưới thời HLV Ronald Koeman vào ngày 22 tháng 3 năm 2018,[89] và trận đấu đầu tiên của anh ấy với tư cách đội trưởng là trận giao hữu thua 1-0 trước Anh Quốc vào ngày hôm sau.[90] Vào ngày 26 tháng 3, anh đã ghi bàn thắng đầu tiên với chiến thắng 3-0 trước nhà vô địch châu Âu Bồ Đào Nha tại Stade de Genève.[91] Vào ngày 13 tháng 10, anh ấy đã ghi bàn trong chiến thắng 3-0 trước đương kim vô địch World Cup 2014 Đức ở UEFA Nations League.[92]