Premijerni nastup za seniorsku momčad Hrvatske upisao je u listopadu 2009. godine, u prijateljskoj utakmici koju je Hrvatska, pod vodstvom izbornika Slavena Bilića, odigrala protiv Katra na riječkoj Kantridi. Prvi pogodak za Hrvatsku je dočekao u rujnu 2011. godine, u kvalifikacijskoj pobjedi na Malti.
Na velikim natjecanjima je debitirao na Svjetskom prvenstvu u Brazilu 2014. godine, gdje je od početka do kraja odigrao sve tri utakmice u skupini, nakon čega je uslijedilo, kako i sam priznaje, turbulentnije reprezentativno razdoblje te se redovitim nastupima za Hrvatsku vratio u kvalifikacijama za Svjetsko prvenstvo u Rusiji.
„Draga reprezentacijo i dragi vjerni navijači, želio bih vam se obratiti s ne baš radosnim vijestima, ali vjerujte mi, ovu odluku donio sam otvorena srca i nakon dugo razmišljanja. Dosta mi ovo teško pada, i dok to pišem pokušavam ne zaplakati, ali već me dobro poznajete kao čovjeka sa srcem i neskrivenim emocijama. Došao je i taj dan kada se moram pozdraviti i reći zbogom hrvatskoj reprezentaciji, makar i dalje sebe vidim kao vatrenog navijača koji će uvijek bodriti svoju reprezentaciju. Sanjao sam kao dijete da ću igrati na velikim turnirima, u tom najljepšem dresu sa šahovnicom na sebi. Bijelo-crvene kvadratiće sam prvi put odjenuo s devet godina i nikada neću zaboraviti taj poseban osjećaj, kao da sam imao na sebi Supermanov plašt. Osjećao sam se moćno, samouvjereno, neustrašivo, baš kao i moj heroj Superman“, napisao je Lovren između ostaloga u svom oproštajnom pismu.
Lovren se u pismu zahvalio svim izbornicima koji su ga vodili kroz reprezentaciju, počevši od Slavena Bilića do sadašnjeg Zlatka Dalića. Zahvalio se nekadašnjim i aktualnim suigračima u reprezentaciji te, dakako, hrvatskim navijačima.
