Na svetovnem prvenstvu v Braziliji je postal najboljši strelec v zgodovini SP-jev (skupno je dosegel 16 golov). "Moje sanje iz otroštva so se v Braziliji uresničile. Vesel in ponosen sem, da sem bil del tega uspeha nemškega nogometa. V zadnjih tednih sem podoživljal te čarobne trenutke, tako da je to optimalni čas, da končam reprezentančno poglavje," je zapisal Klose v sporočilu za javnost, ki ga je objavila Nemška nogometna zveza.

Na Poljskem rojeni napadalec je reprezentančni debi doživel 24. marca 2001, ko je dosegel zmagoviti gol za 2:1 proti Albaniji. Na svoji prvi tekmi na svetovnih prvenstvih je dosegel "hat-trick" v obračunu s Savdsko Arabijo. V Braziliji je z dvema goloma na večni lestvici strelcev na svetovnih prvenstvih prehitel Brazilca Ronalda, hkrati pa se je pridružil Uweju Seelerju in Peleju, ki sta tako kot on zadela na štirih SP-jih.

Naslov svetovnega prvaka je največji uspeh Kloseja z reprezentanco, s katero je bil tudi podprvak na SP-ju 2002 in EP-ju 2008. Tretji je bil še na SP-jih 2006 in 2010 ter polfinalist na EP-ja 2012.