Binational, William Troost-Ekong choisit d’évoluer avec le Nigeria après avoir joué pour les équipes juniors des Pays-Bas. Il est appelé pour la première fois en équipe nationale pour un match éliminatoire de la CAN 2017 contre le Tchad le 13 juin 2015, remporté 2-0 par le Nigeria. Il fait partie de l’équipe nigériane aux Jeux olympiques d’été de 2016. Troost-Ekong est également sélectionné pour la Coupe du monde 2018 en Russie, où le Nigeria est éliminé au premier tour malgré sa titularisation lors des trois matchs.
Il participe à la Coupe d’Afrique des nations 2019 en Égypte, où il se distingue en marquant le but décisif contre l’Afrique du Sud en quart de finale, permettant ainsi aux Super Eagles d’atteindre les demi-finales. Cependant, le Nigeria est battu par l’Algérie en demi-finale. Troost-Ekong marque malheureusement un but contre son camp pendant le match. Il est également présent à la Coupe d’Afrique des nations 2021 et est retenu dans l’équipe nigériane pour la Coupe d’Afrique des nations 2023. Capitaine, il accompagne les Super Eagles jusqu’à la finale perdu (2-1) face à la Côte d’Ivoire en inscrivant 3 buts dans la compétition. Il est d’ailleurs élu meilleur joueur du tournoi. Avec 5 buts en 3 CAN, il est également le défenseur le plus prolifique de l’histoire de la Coupe d’Afrique des nations.