Elle est appelée en équipe nationale dès 1996, remplaçante lors des jeux d'Atlanta (1996) elle rentre en cours de match lors de deux rencontres du premier tour. Ljungberg marque à deux reprises lors de la Coupe du monde1999 avant qu'une blessure au genou ne mette un terme à son parcours. Elle prend part aux jeux de Sydney (2000), où la Suède est une fois de plus éliminée au premier tour. Ljungberg inscrit un but en finale de l'Euro 2001, les Suédoises s'inclinant néanmoins face à la sélection allemande.
En 2002, le prix de la meilleure joueuse suédoise lui est décerné. Elle dispute son deuxième mondial en 2003 et termine vice-championne du monde avec l'équipe suédoise après avoir inscrit trois buts, dont un lors de la finale. À l'issue de la saison 2003 Ljungberg est élue athlète suédoise de l'année mais est devancée par Birgit Prinz et Mia Hamm lors du vote organisé par la FIFA pour désigner la meilleure joueuse mondiale. Son nom apparaît de nouveau dans la pré-liste des nommées établie par la FIFA en 2004 et 2005. Le club italien de Pérouse a proposé à Hanna Ljungberg d'évoluer dans un championnat masculin, proposition qu'elle a décliné comme l'avait fait avant elle Birgit Prinz.
Elle se blesse à l'entraînement quelques mois avant le tournoi olympique d'Athènes (2004), auquel elle peut malgré tout prendre part. Ljungberg inscrit le premier but de son équipe face à l'Australie en quarts de finale, mais l'Allemagne prive finalement les Suédoises de la médaille de bronze. En mars 2004, la poste suédoise édite une série de timbres honorant les footballeurs du pays, Victoria Svensson et Hanna Ljungberg font partie des sportifs retenus, au même titre que les grands noms du football masculin, tels Nils Liedholm et Henrik Larsson. La même année, elle signe un contrat de sponsoring avec l'équipementier Puma.
Ljungberg inscrit six buts en six rencontres lors des qualifications pour l'Euro 2005, elle frappe encore à trois reprises pendant le tournoi, inscrivant notamment un doublé en demi-finales face à la Norvège.
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