อ็องรีประสบความสำเร็จในฐานะนักฟุตบอลทีมชาติฝรั่งเศส โดยลงแข่ง 123 นัด เริ่มลงนัดแรกในเดือนมิถุนายน ค.ศ. 1997 เมื่อเขามีฟอร์มการเล่นดีให้กับโมนาโก ทำให้เขาถูกเรียกตัวเล่นให้กับทีมชาติฝรั่งเศสรุ่นอายุไม่เกิน 20 ปี เขาลงแข่งในฟุตบอลโลกเยาวชนอายุไม่เกิน 20 ปี ค.ศ. 1997 ร่วมกับเพื่อนร่วมทีมในอนาคตของเขาอย่างวีลียาม กาลัส และดาวิด เตรเซแก[2] และภายใน 4 เดือน หัวหน้าโค้ชชาวฝรั่งเศส แอเม ฌาเก เรียกตัวอ็องรีเข้าเล่นกับทีมรุ่นใหญ่ เขาลงแข่งเปิดตัวนัดแรกในฐานะทีมรุ่นใหญ่เมื่ออายุ 20 ปี เมื่อวันที่ 11 ตุลาคม ค.ศ. 1997 โดยชนะแอฟริกาใต้ 2–1[52] ฌาเกประทับใจในตัวอ็องรี โดยยังให้เขาลงเล่นในฟุตบอลโลก 1998 ถึงแม้ว่า ณ ตอนนั้นอ็องรียังไม่เป็นที่รู้จักในระดับนานาชาติอย่างกว้างขวาง แต่เมื่อจบการแข่งขัน เขาเป็นผู้เล่นฝรั่งเศสที่ทำประตูสูงสุด คือยิงได้ 3 ประตู[53] ในนัดตัดสินที่ฝรั่งเศสชนะบราซิล 3–0 ทีมมีแผนว่าจะให้เขาลงในฐานะตัวสำรอง แต่เนื่องจากมาร์แซล เดอซาลีถูกใบแดง จึงจำเป็นต้องเสริมเกมรับแทน ในปี ค.ศ. 1998 อ็องรีได้รับเครื่องอิสริยาภรณ์เลฌียงดอเนอร์ ชั้นสูงสุดของฝรั่งเศส[54]

อ็องรียังติดอยู่ในทีมชุดยูโร 2000 ของฝรั่งเศส เป็นอีกครั้งที่เขายิงได้ 3 ประตูในการแข่งขัน เมื่อจบแล้วเขาเป็นผู้ยิงประตูสูงสุดของทีมชาติฝรั่งเศส รวมถึงประตูที่เขายิงประตูเสมอในนัดแข่งกับโปรตุเกสในรอบรองชนะเลิศ [55] ท้ายสุดฝรั่งเศสชนะโปรตุเกสในการต่อเวลาพิเศษ โดยซีเนดีน ซีดานยิงจุดโทษ ฝรั่งเศสแข่งนัดตัดสินกับอิตาลี และสามารถชนะได้ในการต่อเวลาพิเศษ ทำให้อ็องรีได้เหรียญทองเป็นเหรียญที่สองในฐานะทีมชาติ[56] ในระหว่างการแข่งขันครั้งนี้ อ็องรีได้รับลงคะแนนเสียงเป็น ผู้เล่นแห่งนัด 3 นัด รวมถึงในนัดตัดสินที่แข่งกับอิตาลีด้วย[57]

ในการแข่งขันฟุตบอลโลก 2002 ฝรั่งเศสตกรอบไปอย่างรวดเร็วในรอบแบ่งกลุ่ม อ็องรีไม่สามารถยิงประตูได้ในการแข่งทั้ง 3 นัด[2] ฝรั่งเศสแพ้ในนัดแรกของรอบแบ่งกลุ่ม และอ็องรีก็ได้ใบแดงไปในการไถลตัวอันตราย ในอีกนัดที่แข่งกับอุรุกวัย[3] ในเกมนี้ฝรั่งเศสเสมอ 0–0 ทำให้อ็องรีไม่สามารถลงแข่งในนัดสุดท้าย ที่ฝรั่งเศสแพ้เดนมาร์ก 2–0[3]

อ็องรีเรียกฟอร์มกลับคืนให้กับทีมชาติได้อีกครั้งในคอนเฟเดอเรชันส์คัพ 2003 ถึงแม้ว่าทีมจะไม่มีผู้นำทีมอย่าง ซีดานและปาทริค วิเอร่า ฝรั่งเศสก็สามารถชนะการแข่งขันนี้ ซึ่งส่วนหนึ่งเกิดจากการเล่นอันโดดเด่นของอ็องรี เขาได้เป็นผู้เล่นแห่งนัดจากกลุ่มการศึกษาทางเทคนิคของฟีฟ่า จาก 3 ใน 5 นัด[2] ในนัดตัดสินเขายิงประตูชัยในการต่อเวลาพิเศษ ทำให้ทีมเจ้าภาพนี้ชนะเหนือแคเมอรูน[2] อ็องรีได้รับรางวัลลูกบอลทองคำ ในฐานะผู้เล่นที่โดดเด่นของการแข่งขันและได้รางวัลรองเท้าทองคำในฐานะผู้เล่นที่ยิงประตูสูงสุด คือยิงได้ 4 ประตู[2]

ในฟุตบอลยูโร 2004 อ็องรีได้ลงเล่นทุกนัดให้กับฝรั่งเศส เขายิงได้ 2 ประตู[7] ฝรั่งเศสชนะอังกฤษในรอบแบ่งกลุ่ม แต่ท้ายสุด แพ้ด้วยประตู 1–0 ให้กับกรีซ ทีมแชมป์ของการแข่งขันนี้ ในรอบก่อนชิงชนะเลิศ[58] ในการแข่งขันฟุตบอลโลก 2006 อ็องรียังคงเป็นหนึ่งในทีม เขาเล่นเป็นกองหน้าตัวเป้าเพียงผู้เดียว แต่ถึงแม้ว่าฝรั่งเศสจะเริ่มต้นไม่ค่อยดีนัก แต่ท้ายสุดเขาก็เป็นหนึ่งในผู้เล่นที่ดีที่สุดของฟุตบอลโลกครั้งนี้ เขายิงได้ 3 ประตู รวมถึงประตูชัยจากลูกฟรีคิกของซีดานในการแข่งกับแชมป์เก่า บราซิล[2] อย่างไรก็ดี ฝรั่งเศสก็แพ้ให้กับอิตาลีในการดวลจุดโทษ (5–3) ในนัดตัดสิน อ็องรีไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของผู้ยิงจุดโทษนี้ เขาถูกเปลี่ยนตัวในการต่อเวลาพิเศษ หลังจากที่เป็นตะคริวที่ขา[59] อ็องรีติดอยู่ใน 1 ใน 10 ของรางวัลลูกบอลทองคำสาขาผู้เล่นแห่งการแข่งขันครั้งนี้ แต่ผู้ได้รางวัลคือเพื่อนร่วมทีม ซีดาน[60] และเขาติดอยู่ในผู้เล่นกองหน้าตัวเป้าของทีมฟิฟโปรเวิลด์ XI ปี 2006[61]

เมื่อวันที่ 13 ตุลาคม ค.ศ. 2007 อ็องรียิงประตูที่ 41 ในนัดแข่งกับหมู่เกาะแฟโร ทำให้เขามีสถิติร่วมกับมีแชล ปลาตีนีในฐานะผู้ยิงประตูสูงสุดตลอดกาลของฝรั่งเศส[37] หลังจากนั้น 4 วันที่สนามสตาดเดอลาโบฌัวร์ เขายิงอีก 2 ประตูในท้ายนัดที่แข่งกับลิทัวเนีย และสร้างสถิติใหม่ในฐานะผู้ยิงประตูสูงสุดตลอดกาลของฝรั่งเศส[62] ในวันที่ 3 มิถุนายน ค.ศ. 2008 อ็องรีลงแข่งในฐานะนักฟุตบอลทีมชาติเป็นนัดที่ 100 ในนัดแข่งกับโคลอมเบีย ถือเป็นนักฟุตบอลฝรั่งเศสคนที่ 6 ที่ลงเล่นทีมชาติผ่าน 100 นัด[63]

ทีมชาติฝรั่งเศสพยายามดิ้นรนต่อสู้ในการแข่งขันขันรอบคัดเลือกฟุตบอลโลก 2010 และจบลงด้วยการเป็นที่ 2 ของกลุ่มตามหลังเซอร์เบีย และในการแข่งขันรอบเพลย์ออฟกับไอร์แลนด์ อ็องรีมีส่วนเกี่ยวข้อกับกรณีพิพาทในนัดที่ 2 ของเกมที่แข่งขันที่สตาดเดอฟร็องส์ ในวันที่ 18 พฤศจิกายน ค.ศ. 2009 ในขณะที่นั้นผลประตูรวมเสมอ 1–1 เมื่อมาถึงการต่อเวลาพิเศษ เขาใช้มือปัดเพื่อควบคุมลูกบอลก่อนที่จะส่งลูกข้ามผ่านไปยังวีลียาม กาลัส ยิงลูกเข้าประตูจนได้ชัยชนะ[64] เหตุการณ์นี้ทำให้เกิดกระแสวิจารณ์ต่อต้านอ็องรี ขณะที่ผู้จัดการทีมชาติฝรั่งเศส แรมง ดอแมแน็ก และผู้จัดการทีมอาร์เซนอล อาร์แซน แวงแกร์ ออกมาปกป้องเขา[65][66] สมาคมฟุตบอลไอร์แลนด์แสดงความไม่พอใจกับฟีฟ่า โดยร้องขอให้มีการแข่งขันใหม่ แต่ฟีฟ่าปฏิเสธไป[67] อ็องรีออกมาพูดว่า เขาได้พิจารณาการเกษียณตัวเองออกจากการเล่นทีมชาติหลังจากเกิดเหตุการณ์ครั้งนี้[68] แต่ยังคงแสดงเจตนารมณ์ว่าเขาไม่ได้โกง โดยกล่าวหลังจากที่ฟีฟ่าปฏิเสธการแข่งขันใหม่ไม่กี่ชั่วโมง และเขากล่าวต่อว่า การแก้ปัญหาที่ยุติธรรมที่สุดควรเป็นการแข่งขันใหม่[69] ประธานฟีฟ่า เซปป์ บลัตแตร์ (Sepp Blatter) กล่าวถึงเหตุการณ์นี้ว่า "เป็นการเล่นที่ยุติธรรมอย่างเห็นได้ชัด" และประกาศว่าจะมีการสอบสวนว่าจะไม่ให้เกิดเหตุการณ์เช่นนี้อีกในอนาคตได้อย่างไร และยังกล่าวต่อว่า เหตุการณ์ครั้งนี้จะตรวจสอบโดยคณะกรรมการด้านวินัย[70] บลัตแตร์ยังบอกว่าอ็องรีบอกเขาว่า ครอบครัวของเขาถูกคุกคามหลังจากเกิดเหตุครั้งนี้[71] ในเดือนมกราคม ค.ศ. 2010 ฟีฟ่าประกาศว่า อ็องรีไม่มีความผิดใด[72]

อ็องรีไม่ได้ลงแข่งในชุดทีมชาติฝรั่งเศส ในฟุตบอลโลก 2010 แต่เริ่มแรก ฝรั่งเศสแข่งขันนัดแรกโดยเสมอกับอุรุกวัย แต่พ่าย 2–0 ให้กับเม็กซิโกในนัดที่ 2 และทีมอยู่ในความสับสนวุ่นวายเมื่อนีกอลา อาแนลกาถูกไล่ออกจากทีม และกัปตันทีม ปาทริส เอวรา นำทีมต่อต้านโดยปฏิเสธการขึ้นรถไฟ[73] ในนัดสุดท้ายของรอบแบ่งกลุ่ม ที่แอฟริกาใต้เป็นเจ้าภาพ อ็องรีลงแข่งในฐานะตัวสำรองในครึ่งหลัง ฝรั่งเศสพ่ายแพ้ 2–1 และตกรอบไป ไม่นานนักเขาก็ประกาศเกษียณจากการเล่นฟุตบอลทีมชาติ โดยเขาลงแข่งขึ้นให้กับทีมชาติ 123 นัด และยิงประตู 51 ประตู[74]