Lukaku teki kansainvälisen debyyttinsä vuonna 2010 ja on edustanut maataan neljässä suuressa turnauksessa:
Vuoden 2020 UEFA-mestaruuskilpailut ja vuoden 2014 ja 2018 FIFA-maailmanmestaruuskilpailut; hän pääsi toiseksi eniten maalien tehnyt pelaaja ja voitti Bronze Boot -palkinnon jälkimmäisessä.