En el año 2001 debutó con la selección alemana y a su lado participó en cuatro copas Mundiales (2002, 2006, 2010 y 2014). En su segunda cita, efectuada en territorio germano, fue el máximo anotador. En Brasil 2014, Klose tuvo una discreta producción de goles, pero su escuadara ganó el torneo. Siguió activo dos años más, como atacante del del Lazio de la Serie A de la liga italiana. Se retiró en Noviembre del año 2016, actualmente dirige el Bayern Munich Sub 17.