Beckenbauer tampil dalam 103 perlawanan antarabangsa dan menjaringkan 14 gol untuk pasukan Jerman Barat.[7] Beliau merupakan sebahagian daripada skuad Piala Dunia yang menamatkan kejohanan di tempat naib juara pada tahun 1966, tempat ketiga pada 1970 dan juara pada Piala Dunia FIFA 1974. Beliau turut diumumkan ke dalam anugerah Bintang Pasukan Pilihan buat ketiga-tiga edisi tersebut. Selain itu, beliau juga mengambil bahagian dalam Euro 1972 dan menjadi naib juara dalam edisi 1976. Perlawanan sulung Beckenbauer untuk pasukan kebangsaan Jerman Barat pada 26 September 1965.

Beckenbauer melakukan kemunculan Piala Dunia sulungnya pada tahun 1966 dengan beraksi kesemua perlawanan. Pada perlawanan pertamanya di Piala Dunia menentang Switzerland, beliau menjaringkan dua gol dalam meraikan kemenangan 5–0.[8] Jerman Barat menjadi juara kumpulan seterusnya menewaskan Uruguay 4-0 pada peringkat suku akhir yang mana Beckenbauer menjaringkan gol kedua Jerman pada minit ke-70.[9]

Dalam perlawanan separuh akhir bertemu Soviet, Helmut Haller menjaringkan gol pembukaan perlawanan manakala Beckenbauer menambah lagi duka Soviet dengan menjaringkan gol kedua Jerman sekali gus gol keempat dicetaknya sepanjang kejohanan.[10] Akhirnya, pasukan Jerman menempah tiket ke perlawanan akhir selepas menyingkirkan cabaran Soviet 2-1. Pada perlawanan akhir, mereka berhadapan tuan rumah, England. Pasukan tuan rumah menjadi juara dunia selepas mengalahkan Jerman Barat 4-2 dengan beberapa isu kontroversi pada perlawanan tersebut. Walaupun pasukan Jerman kecewa akan kekalahan ini, tetapi Beckenbauer mencipta namanya dalam kejohanan tersebut apabila mempamerkan persembahan menarik dan teruja ditonton. Pasukan Jerman disambut seperti wira sebaik tiba di tanah air.

Dalam saingan Piala Dunia 1970, pasukan Jerman berjaya memenangi semua perlawanan peringkat kumpulan sebelum bertemu England pada pusingan kedua dan dianggap perlawanan ulangan final Piala Dunia 1966. England mendahului 2-0 pada separuh masa pertama tetapi gol menarik Beckenbauer pada minit ke-69 membantu Jerman bangkit sebelum menyamakan kedudukan 2-2 sebelum masa penuh. Akhirnya, Jerman menang 3-2 hasil jaringan masa tambahan oleh Gerd Müller sekali gus Jerman mara ke peringkat seterusnya bertemu Itali. Mereka terpaksa akur akan kekalahan 4-3 dalam perlawanan yang dikenali sebagai Game of the Century ("Perlawanan Abad Ini") di kedua-dua negara tersebut. Jerman menewaskan Uruguay dalam penentuan tempat ketiga 1-0.[11]

Beckenbauer menjadi kapten pasukan Jerman mulai tahun 1971. Pada kejohanan Euro 1972, Jerman Barat dinobatkan juara Eropah dengan membenam Soviet 3-0 pada perlawanan akhir.

Beckenbauer merupakan tonggak utama pasukan Jerman Barat yang bergelar juara dunia pada 1974. Mereka menewaskan Belanda yang dibintangi Johan Cruyff dalam perlawanan akhir Piala Dunia tersebut. Beckenbauer menjadi kapten pertama menjulang trofi Piala Dunia baru yang diperkenalkan pada edisi tersebut. Kejayaan ini menyumbang kepada Jerman Barat menjadi pasukan Eropah pertama meraih Kejohanan Eropah dan Piala Dunia serentak (setelah itu, dua negara telah berjaya meraih rekod ini iaitu Perancis pada 2000 dan Sepanyol pada 2010).

Dalam kejuaraan 1976, pasukan Jerman Barat sekali lagi mara ke perlawanan akhir namun kali ini mereka tewas kepada Czechoslovakia menerusi penentuan penalti. Beckenbauer diumumkan ke dalam Bintang Pasukan Pilihan Kejohanan.

Beckenbauer bersara daripada pasukan kebangsaan Jerman Barat pada tahun 1977 semasa usia 31 tahun selepas melakukan perpindahan ke New York Cosmos.[12]