W [[Reprezentacja Australii w piłce nożnej mężczyzn|reprezentacji Australii]] Cahill zadebiutował 30 marca 2004 roku w wygranym 1:0 meczu z [[Reprezentacja Republiki Południowej Afryki w piłce nożnej mężczyzn|reprezentacją RPA]]. Wcześniej zagrał w [[Reprezentacja Samoa w piłce nożnej mężczyzn|reprezentacji Samoa]] na poziomie Under-20, a miał wtedy 14 lat. Brał udział w [[Letnie Igrzyska Olimpijskie 2000|Igrzyskach Olimpijskich w 20002004 roku]]. W 2004 roku został wybrany Piłkarzem Roku Strefy [[Oceania|Oceanii]], dołączając do takich sław jak [[Christian Karembeu]], [[Mark Viduka]] czy [[Harry Kewell]]. Zagrał w obu barażowych meczach z [[Reprezentacja Urugwaju w piłce nożnej mężczyzn|reprezentacją Urugwaju]] i pomógł [[Reprezentacja Australii w piłce nożnej mężczyzn|reprezentacji Australii]] w awansie do finałów [[Mistrzostwa Świata w Piłce Nożnej 2006|Mistrzostw Świata w Niemczech]] po dramatycznym konkursie rzutów karnych. Został powołany przez [[Guus Hiddink|Guusa Hiddinka]] do 23-osobowej kadry na same finały MŚ. W pierwszym meczu MŚ z [[Reprezentacja Japonii w piłce nożnej mężczyzn|reprezentacją Japonii]] Cahill pojawił się na boisku w 53 minucie, a w 84 oraz 89 dwukrotnie wpisał się na listę strzelców walnie przyczyniając się do historycznego pierwszego triumfu [[Reprezentacja Australii w piłce nożnej mężczyzn|reprezentacji Australii]] w finałach [[Mistrzostwa świata w piłce nożnej mężczyzn|Mistrzostw Świata]]. Cahill został także pierwszym piłkarzem, który zdobył bramkę dla ''Socceroos'' w historii MŚ. W kolejnych meczach Cahill wychodził już jako zawodnik podstawowej jedenastki. Pomógł w awansie do 1/8 finału, gdzie jednak [[Reprezentacja Australii w piłce nożnej mężczyzn|Australijczycy]] przegrali 1:0 z [[Reprezentacja Włoch w piłce nożnej mężczyzn|Włochami]] po kontrowersyjnym rzucie karnym, podyktowanym w 95. minucie meczu. Jest jedynym australijskim piłkarzem który strzelał gole na trzech kolejnych Mundialach.
