2002年韓日世界盃，當時僅有24歲的克洛澤迎來了自己的首次世界盃之旅。德國的首戰對手是西亞勁旅沙烏地阿拉伯時，克洛澤在處子秀就上演自己在世界盃上的首個帽子戲法。在後面的比賽裡他對愛爾蘭和喀麥隆這樣實力不俗的隊伍都有進球讓他本屆盃賽的入球數定格在5個，最終獲得銀靴獎。而克洛澤成為首位能在一屆世界盃上攻入5個頭球的球員，超越匈牙利名宿——“上帝之頭”柯奇士，成為世界盃的“頭球王”。
2004年葡萄牙歐洲盃，克洛澤在賽前受傷被迫作壁上觀，幾乎沒有出場，德國隊在小組就遭到淘汰，足見他對球隊的重要性是不可替代的。
2006年德國世界盃，克洛澤已經成為東道主德國隊不可替代的進攻核心。在這屆世界盃，克洛澤一共打入5粒進球並助攻2次，6月10日，在德國隊4-2哥斯大黎加隊的比賽中，克洛澤在第17分鐘和第61分鐘連下兩城。6月20日，德國3-0擊敗厄瓜多。克洛澤梅開二度。6月24日，在1/8淘汰賽德國2-0瑞典上演精彩的助攻梅開二度，後又在1/4決賽對陣阿根廷在球隊落後場面膠著的最後時刻挽狂瀾之既倒打進扳平球。幾乎憑藉一己之力為德國隊晉級四強最後奪得季軍立下頭功。個人也一舉獲得2006年德國世界盃的金靴獎。兩屆世界盃就打進驚人的10球！同時克洛澤還創造一項紀錄：第一位能夠在連續兩屆世界盃上攻入5球的球員，也是繼上世紀70年代的秘魯“天使之腳”庫比拉斯之後第二位能夠在兩屆世界盃上均攻入5球的球員。
2008年奧地利瑞士歐洲盃，身為德國隊領軍人物的克洛澤再次披掛出征，首場小組賽就送出兩次精彩的助攻為球隊取得開門紅。隨後球隊陷入內訌狀態有所起伏，身為副隊長克洛澤以身作則扛起責任從中協調，球隊最終調整過來回到正軌順利出線晉級下一輪。進入淘汰賽後克洛澤火力全開連續進球率領球隊完勝賽會大熱門葡萄牙晉級四強。在半決賽中，克洛澤在球隊開場就先丟球的不利局面下攻入關鍵反超一球幫助球隊大逆轉土耳其殺進決賽。決賽中由於後防線上的一次低階失誤德國惜敗西班牙屈居亞軍。
2010年南非世界盃，時年32歲的克洛澤已經是德國隊的精神領袖，這是他所參加的第三屆世界盃。克洛澤在這次世界盃中為德國隊攻入4粒進球，這讓克洛澤連續三屆世界盃的總入球數增加到14粒，超越球王貝利和方丹追平德國傳奇前鋒蓋德·穆勒的世界盃進球數，僅比羅納爾多保持的15球的世界盃決賽圈總進球紀錄少1球，並且克洛澤在淘汰賽對陣英格蘭比賽中接門球單槍匹馬首開紀錄打進驚世駭俗的精彩進球。之後再對陣阿根廷的比賽中又上演梅開二度，率領球隊連續以4-1、4-0創紀錄的大比分狂勝對手挺進四強。克洛澤又再次創造了世界盃歷史上的一項偉大紀錄：他是世界盃進球持續性最好的球員，史上唯一一個連續參加三屆世界盃每屆至少攻入4球以上的球員。