Adeyemi dilahirkan di Munich, Jerman, daripada bapa warga Nigeria dan ibunya merupakan warga Romania.[10] Dia adalah pemain antarabangsa remaja Jerman, pernah mewakili Jerman bawah-16 tahun, bawah-17 tahun dan bawah-21 tahun. Dia membuat penampilan sulung untuk pasukan senior Jerman dalam kemenangan kelayakan Piala Dunia FIFA 2022 dengan keputusan 6–0 ke atas Armenia pada 5 September 2021, masuk sebagai pemain gantian lewat dan menjaringkan gol keenam pasukannya pada minit pertama masa kecederaan separuh masa kedua.[11] Memandangkan Adeyemi adalah pemain Red Bull Salzburg pada penampilan sulungnya, ini menandakan kali pertama dalam tempoh selepas perang bahawa pemain dari kelab Austria bermain untuk pasukan kebangsaan senior Jerman.[12]

Pada November 2022, beliau telah disenaraikan dalam skuad Jerman untuk Piala Dunia FIFA 2022 di Qatar.[13] Bagaimanapun, dia tidak beraksi dalam mana-mana perlawanan, kerana Jerman tersingkir di peringkat kumpulan.[14]