En équipe de France, il devient capitaine et mène les Bleus vers le Grand Chelem lors du Tournoi des Six Nations 2022. En 2021, il est élu meilleur joueur du monde par World Rugby, une distinction qui confirme son statut de star internationale.
En 2024, Antoine Dupont fait un choix original en rejoignant l'équipe de France de rugby à sept pour les Jeux olympiques de Paris. Le pari est réussi : les Bleus remportent la médaille d'or devant un public enthousiaste au Stade de France.