Setelah dipilih untuk mewakili Jerman pada tingkat internasional, ia bermain untuk skuat yang bisa menjadi juara kedua pada Piala Dunia FIFA 2002 dengan mmbuat satu gol pada babak kedua melawan Paraguay. Setelah debutnya melawan Malta pada 2 September1998, ia telah menghasilkan secara keseluruhan delapan gol dari 56 penampilan internasionalnya.
Pada tahun 2004 ia pernah mencetak gol yang dengan menggunakan tangannya saat timnya melawan 1. FC Kaiserslautern sehingga dikecam oleh banyak pihak dan dilarang untuk mengikuti dua pertandingan selanjutnya.
Piala Dunia 2006
Pada pertandingan ronde pertama melawan Polandia, Neuville yang muncul sebagai pengganti mencetak gol dari sebuah desperation cross yang diberikan oleh seorang pemain pengganti lainnya, David Odonkor, dan melewati penjaga gawang PolandiaArtur Boruc sehingga membawa Jerman ke kemenangan 1-0 pada menit ke-91.