Sinds 2003 speelt Katongo voor het Zambiaans voetbalelftal, waarmee hij de African Cup of Nations 2012 won. Op dat toernooi was hij aanvoerder en werd hij gedeeld topscorer. Ook werd hij uitgeroepen tot speler van het toernooi. Katongo maakte zijn debuut voor de nationale ploeg op 7 juni2003 in Lusaka, toen Zambia op eigen veld met 2-0 won van Tanzania in een kwalificatieduel voor de strijd om de African Cup of Nations 2004.