ชุดเยาวชนอายุไม่เกิน 20 ปี

ชนาธิปลงเล่นในระดับชาติให้กับทีมชาติไทยเป็นครั้งแรก ในรายการฟุตบอลเยาวชนอายุ 19 ปีชิงแชมป์เอเชีย 2012 ในรอบคัดเลือกที่ไทยเป็นเจ้าภาพ ภายใต้การคุมทีมของสมชาย ชวยบุญชุม โดยรอบคัดเลือกไทยถูกจัดให้อยู่ในกลุ่มอี ร่วมกับทีมเยาวชนอายุไม่เกิน 20 ปีของเกาหลีใต้, ญี่ปุ่น, ไต้หวัน และ กวม

ชนาธิป ลงสนามในนัดแรกของการแข่งขันรอบคัดเลือก วันที่ 31 ตุลาคม พ.ศ. 2554 ในเกมส์ที่ทีมชาติไทยชนะเกาหลีใต้ 1-0 ที่สนามเทพหัสดิน โดยถือเป็นการลงเล่นให้ทีมชาติไทยในระดับเยาวชนเป็นครั้งแรกของเจ้าตัวด้วย และมายิงได้ 1 ประตู ในเกมส์ถล่มทีมชาติทีมชาติกวม 13-0 เมื่อวันที่ 5 พฤศจิกายน พ.ศ. 2554 โดยการแข่งขันในรอบคัดเลือก ชนาธิป สรงกระสินธ์ ทำผลงานกับทีมชาติไทยชุดอายุ 20 ปี ได้อย่างยอดเยี่ยมสามารถคว้าแชมป์กลุ่มได้สำเร็จ ด้วยการชนะเกาหลีใต้ 1-0, ชนะไต้หวัน 1-0, ชนะกวม 13-0 และเสมอญี่ปุ่น 0-0 ได้เข้าไปเล่นในรอบสุดท้ายในฐานะแชมป์กลุ่ม

โดยในการแข่งขันฟุตบอลเยาวชนอายุ 19 ปีชิงแชมป์เอเชียรอบสุดท้ายที่ สหรัฐอาหรับเอมิเรตส์ ไทยอยู่ในกลุ่ม บี ร่วมกับเกาหลีใต้, จีน และอิรัก ซึ่งการแข่งขันทั้ง 3 นัด จะแข่งที่สนามกีฬาฟูไจราห์ คลับ เมืองฟูไจราห์ โดยไทยลงแข่งขันนัดแรกกับจีน ในวันที่ 3 พฤศจิกายน พ.ศ. 2555 ชนาธิป สามารถผ่านบอลให้ วรนาถ ทองเครือ เข้าไปยิงประตูได้ และช่วยให้ทีมชาติไทยเอาชนะจีนไปได้ 2-1 ต่อมาในการแข่งขันกับเกาหลีใต้ เมื่อวันที่ 5 พฤศจิกายน ไทยกลับแพ้ไป 1-2 และการแข่งขันนัดสุดท้ายของรอบแบ่งกลุ่มเมื่อวันที่ 7 พฤศจิกายน ไทยแพ้อิรักไป 0-3 ตกรอบไปในที่สุด

ชุดเยาวชนอายุไม่เกิน 23 ปี

เดือนธันวาคม พ.ศ. 2556 เกียรติศักดิ์ เสนาเมืองได้เรียกชนาธิปที่ขณะนั้นเคยเล่นให้ทีมชาติชุดใหญ่มาแล้วในยุคของวินฟรีด เชเฟอร์ มาเป็นหนึ่งในผู้เล่นทีมชาติไทยชุดอายุไม่เกิน 23 ปี ในแข่งขันซีเกมส์ 2013 ที่กรุงเนปยีดอ ประเทศพม่า

โดยชนาธิป ลงเล่นในซีเกมส์เป็นครั้งแรกเมื่อวันที่ 7 ธันวาคม พ.ศ. 2556 ในการแข่งขันนัดแรกของรอบแบ่งกลุ่มที่ทีมชาติไทย เอาชนะติมอร์-เลสเต ไป 3-1 โดยถูกเปลี่ยนตัวลงมาแทนฐิติพันธ์ พ่วงจันทร์ ในช่วง 25 นาทีสุดท้าย ซึ่งในการแข่งขันซีเกมส์ 2013 นี้ ชนาธิป รับบทบาทเป็นผู้เล่นตัวสำรองที่มักจะถูกส่งลงสนามเพื่อสร้างสรรค์เกมส์รุกในช่วงครึ่งหลังอยู่บ่อยครั้ง ซึ่งสามารถทำผลงานได้อย่างดี โดยได้เล่นเป็นตัวจริง 1 นัด ในเกมส์ที่เสมอกับกัมพูชา 0-0 และสามารถช่วยให้ทีมชาติไทยผ่านเข้าไปชิงชนะเลิศได้สำเร็จ

ในนัดชิงชนะเลิศ ชนาธิป สรงกระสินธ์ ต้องพลาดโอกาสในการลงแข่งกับอินโดนีเซีย เนื่องจากได้รับบาดเจ็บบริเวณหน้าแข้ง แต่ทีมชาติไทยก็เอาชนะไปได้ 1-0 คว้าเหรียญทองไปครองได้สำเร็จ

ทีมชาติชุดใหญ่

ชนาธิป ได้ลงสนามให้ทีมชาติไทยชุดใหญ่เป็นครั้งแรกในการแข่งขันนัดอุ่นเครื่องกับภูฏาน เมื่อวันที่ 14 พฤศจิกายน พ.ศ. 2555 ที่สนามไทย-ญี่ปุ่น ดินแดง โดยถูกเปลี่ยนตัวลงมาในครึ่งหลังและทำให้ทีมชาติไทยชนะไป 5-0

จากนั้น วินฟรีด เชเฟอร์ได้คัดเลือกให้เป็นหนึ่งในผู้เล่นชุดเอเอฟเอฟ ซูซูกิ คัพ 2012 โดยชนาธิปเป็นผู้เล่นที่มีอายุน้อยที่สุดภายในทีม และได้ลงสนามในรายการนี้เป็นครั้งแรกเมื่อวันที่ 30 พฤศจิกายน พ.ศ. 2555 ที่ไทยพบกับเวียดนามในรอบแบ่งกลุ่ม โดยถูกเปลี่ยนตัวลงมาเล่นแทนปิยพล บรรเทาที่มีอาการบาดเจ็บ (จบเกมไทยชนะ 3-1) จากนั้นเขามีโอกาสลงสนามอีกครั้งหนึ่งในนัดชิงชนะเลิศนัดที่ 2 พบกับทีมชาติสิงคโปร์ ชนาธิปมีโอกาสเลี้ยงกระชากหนีนักเตะสิงคโปร์และยิงประตูหนึ่งครั้ง แต่ไม่สำเร็จ และได้รองแชมป์ในที่สุด

พ.ศ. 2556 ได้เล่นในฟุตบอลชิงถ้วยพระราชทานคิงส์คัพ ครั้งที่ 42 ปี พ.ศ. 2556 ที่จัดขึ้นที่จังหวัดเชียงใหม่ โดยมีทีมที่เข้าร่วมแข่งขันคือเกาหลีเหนือ, สวีเดน และฟินแลนด์

ในการแข่งขันนัดแรกที่ทีมชาติไทยพบทีมชาติฟินแลนด์ เมื่อวันที่ 23 มกราคม พ.ศ. 2556 ที่สนามกีฬาสมโภชเชียงใหม่ 700 ปี ชนาธิป ลงเล่นเป็นตัวจริง แต่จบด้วยการแพ้ฟินแลนด์ 1-3 ทำให้ต้องชิงที่ 3 กับเกาหลีเหนือ โดยการแข่งขันนัดชิงที่ 3 ในวันที่ 26 มกราคม ชนาธิปลงเล่นเป็นตัวจริงอีกครั้ง ก่อนจะเสมอกันไป 2-2 คว้าอันดับ 3 ร่วมไปครอง

ในการแข่งขันฟุตบอลเอเชียนคัพ 2015 รอบคัดเลือก ไทยอยู่ร่วมสายกับ อิหร่าน คูเวต และเลบานอน นัดแรก 6 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2556 ไทยเปิดสนามราชมังคลากีฬาสถาน พบกับคูเวต ชนาธิปมีชื่อเป็นตัวสำรองและได้ลงสนามแทนจักรพันธ์ พรใสในนาทีที่ 72 ถัดจากนั้น 3 นาที ชนาธิปสามารถทำประตูตีไข่แตกได้ และจบเกมส์ไทยเปิดบ้านแพ้คูเวตไป 1-3 โดยประตูดังกล่าวถือว่าประตูแรกของชนาธิป ในการเล่นให้กับทีมชาติชุดใหญ่

ชนาธิป เป็นตัวหลักในยุคของซิโก้ เกียรติศักดิ์ เสนาเมือง กุนซือที่รับหน้าที่กุนซือขัดตาทัพสำหรับทีมชาติชุดใหญ่แทนวินฟรีด เชเฟอร์ โดยซิโก้ประเดิมคุมทีมชาติชุดใหญ่เมื่อ 15 มิถุนายน พ.ศ. 2556 โดยได้นำนักเตะชุดซีเกมส์ 2013 ไปอุ่นเครื่องกับทีมชาติจีน และถล่มทีมชาติจีนคาบ้านถึง 5-1 โดยชนาธิปเป็นหนึ่งในผู้ทำประตูด้วย

ในการแข่งขันเอเอฟเอฟ ซูซูกิ คัพ 2014 ชนาธิปเล่นได้อย่างโดดเด่น และเป็นผู้เล่นที่ถูกจับตามองในการแข่งขันครั้งนี้ ในนัดชิงชนะเลิศที่ไทยพบกับมาเลเซีย ทางมาเลเซียระบุว่าชนาธิปเป็น 1 ใน 3 ผู้เล่นของไทยที่ต้องระวัง (อีก 2 คน คือ กวินทร์ ธรรมสัจจานันท์ และ ชาริล ชับปุยส์) ในการแข่งขันนัดชิงชนะเลิศนัดที่ 2 ที่ไทยเป็นฝ่ายแพ้ไป 3-2 แต่โดยผลการแข่งขันรวมแล้ว ไทยชนะไป 4-3 ชนาธิปเป็นผู้ยิงประตูที่ 2 ให้กับไทยได้ในนาทีที่ 86 จากลูกยิงนอกเขตโทษ ทำให้ไทยได้แชมป์รายการนี้ไปเป็นสมัยที่ 4 และเป็นแชมป์ครั้งแรกในรอบ 12 ปี นอกจากแล้ว ชนาธิป ยังได้รางวัลผู้เล่นยอดเยี่ยมในรายการนี้ไปอีกด้วย[4]