Hansen debuterede på landsholdet i oktober 1911 mod England. Her blev Sophus Hansen skadet fire minutter før pausen, og Danmark brugte derefter markspillen Svend Aage Castella i målet i resten af kampen.[1] Året efter var han en del af det danske hold ved OL 1912 i Stockholm, hvor Danmark efter at have siddet over i første runde mødte Norge i kvartfinalen og vandt her 7-0 med Lykke på holdet. Han spillede ikke i semifinalen, som Danmark vandt med 4-1 over Holland, eller i finalen, hvor Danmark tabte 2-4 til Storbritannien (reelt England) og dermed fik sølv.[2][1] Den 5. juni1919, da Danmark besejrede Sverige 3-0 i Idrætsparken, opnåede han som den første dansker at spille 25 landskampe. Hans sidste landskampe kom ved OL 1920 i Antwerpen, hvor Danmark tabte sin kamp i indledende runde til Spanien med 0-1.[1] Sophus Hansen begik en fejl, da spanierne scorede, og derfor er kampen siden blev husket som ”da Sophus gled i Antwerpen” – selv om den blev spillet i Bruxelles.[3]
I årene 1922-1934 var Hansen fodbolddommer og dømte omkring 20 internationale kampe. I 1930 dømte han Mitropa Cupens finale mellem Sparta Prag og Rapid Wien.
Sophus Hansen var storebror til landsholdspileren Hans Hansen (2 landskampe).