Văn Lâm bắt đầu thi đấu cho đội tuyển bóng đá Việt Nam từ năm 2015, khi đó Việt Nam đang sở hữu một số cầu thủ nhập tịch có nguồn gốc nước ngoài. Cùng với cầu thủ Việt kiều Séc là Mạc Hồng Quân, anh là một trong hai cầu thủ nhập tịch đáng chú ý nhất của đội tuyển quốc gia. Chỉ 1 năm sau, anh lại được huấn luyện viên Nguyễn Hữu Thắng gọi lên triệu tập cho đội tuyển quốc gia để tham dự AFF Cup 2016 nhưng cả giải đấu hầu như anh chỉ ngồi băng ghế dự bị.[2]

Vào tháng 6 năm 2017, Văn Lâm được trao suất bắt chính trong trận đấu gặp Jordan thuộc khuôn khổ vòng loại Asian Cup 2019 và anh đã không phụ lòng người hâm mộ bằng việc giữ sạch lưới giúp cho đội nhà cầm hòa được đội bóng đến từ vùng Tây Á. Tuy nhiên, những cống hiến tuyệt vời của Văn Lâm phải kể đến tại giải đấu AFF Cup 2018, khi anh đã có những pha cản phá, cứu thua tuyệt vời, góp phần giúp cho đội nhà có chức vô địch AFF Cup lần thứ hai sau 10 năm chờ đợi.

Tại giải Asian Cup 2019 trên đất UAE, anh tiếp tục có những pha cứu thua xuất thần giúp cho đội nhà có lần thứ hai vào đến tứ kết giải đấu châu Á và anh cũng đã điền tên mình vào top 5 thủ môn xuất sắc nhất Asian Cup 2019. Tại vòng loại World Cup 2022, Văn Lâm có pha cản phá cú sút phạt đền của Theerathon Bunmathan bên phía Thái Lan giúp cho Việt Nam tiếp tục giữ vững ngôi đầu bảng tại bảng G của vòng loại.