Grosicki debiutował w reprezentacji 2 lutego 2008 roku w wygranym 1:0 meczu z Finlandią w czasie zgrupowania na Cyprze. Miał wówczas 19 lat i niespełna osiem miesięcy.
16 lat Kamila Grosickiego w reprezentacji Polski: 94 mecze i 17 goli
Od tego czasu Grosicki zagrał dla kadry 94 razy zdobywając w jej barwach 17 goli i zaliczając 24 asysty. Z reprezentacją pojechał trzy razy na Euro (w 2012, 2016 i 2024) oraz dwa razy na mundial (w 2018 i 2022 roku). Był ważnym ogniwem reprezentacji prowadzonej przez Adama Nawałkę, która na Euro 2016 dotarła do ćwierćfinału.
W reprezentacji Grosicki znany był ze swoich przebojowych rajdów skrzydłem, dzięki którym zyskał sobie przydomek TurboGrosik.
