Sebagai anggota tim nasional Serbia U-17, Radonjić mencetak 5 gol dalam 6 pertandingan antara 2012 dan 2013, termasuk hat-trick dalam pertandingan melawan Belarus. Kemudian, ia juga menjadi anggota tim nasional U-18 dan U-19. Radonjić dipanggil ke tim nasional Serbia U20 pada November 2016 oleh pelatih Nenad Lalatović, ketika melakukan debutnya untuk tim dalam pertandingan melawan Montenegro. Sebagai pelatih tim nasional Serbia U-21, Nenad Lalatović juga mengundangnya ke skuad untuk Kejuaraan Eropa U-21 UEFA 2017.
Aku tahu. Pada November 2017, Radonjić diundang ke tim sepak bola nasional Serbia untuk tur Asia oleh pengurus sementara Mladen Krstajić. Dia membuat debut untuk Serbia dalam pertandingan persahabatan melawan Korea Selatan pada 14 November 2017, menggantikan Andrija Živković di menit 81 pertandingan.