1996年，刘炜进入国家青课学送湖晶年队。

1998年，刘炜再次入选了国青男篮，在帮助国青夺取冠军后，刘炜凭借出色的发挥被评选为最佳后卫。当时在国青姚明与期目序短切钟刑服领官刘炜是两位仅有的有CBA履历的球员，而且二人同来自于上海队。

2货屋保重制成游越担许001年，刘炜首次入选了国家队的集训名单，虽然最后无缘入选，但这算是首次与国家一队有了交集。

2002年世锦赛，刘炜8场比赛全部登场，场均时间达到21.3分钟，拿下6.6分、1.8个篮板和2.5次助攻。其中对阿根廷一战出场长达29分钟，砍下12分和3次助攻；随后对阵土耳其队更是拿下了14分和5次助攻。

2004年雅典奥运会，刘炜开始确立自己的主力控卫位置，他的场均出场时间达到了27.1分钟，远超另两名组织后卫郭士强和张云松。本届赛事刘炜场均贡献了5.1分、3.1个篮板和2.4次助攻。尽管如此，本届奥运中国队的后卫线还是受到了多方最严厉的批评，24岁的刘炜不免卷入其中。

2006年日本世锦赛，王治郅回归国家队三大中锋齐聚，刘炜也得到更大的发挥空间。本届世锦赛刘炜每场可以送出8.2分+3.8篮板+4.5助攻，这也成为了近10年的世界大赛中，中国队组织控卫综合最强表现。其中对塞内加尔的比赛中，刘炜得到16分和8次助攻；随后对阵斯洛文尼亚事关出线的关键一役中，刘炜虽然只拿下9分，但送出9次助攻盘活了全队进攻。应该说自从这届世锦赛开始，刘炜在国家队的价值得到了普及认可。

2007年斯坦科维奇杯中国队76-80不敌斯洛文尼亚队一役，在王治郅身体不适无法出场，以及易建联过多犯规的情况下，刘炜在34分50秒的出场时间里投中3个三分，得到26分4助攻1篮板0失误。26分这是刘炜12年国家队生涯个人单场最高得分。

2008年8月12日，奥运男篮小组赛第二场，中国男篮打出了史上最荡气回肠的一场比赛，经过加时苦战75-85负于世界冠军西班牙队。刘炜在这场比赛中砍下全队最高的19分，令与之对位的西班牙名将纳瓦罗和卡尔德隆黯然失色。在比赛常规赛时间，双方平分情况下刘炜组织最后一攻，却遭到西班牙的紧逼而出现了失误，中国队交出球权也失去了绝杀对手的机会。北京奥运会上，刘炜场均攻下8.5分，继姚明、易建联之后位列中国队第三号得分手。

2009年姚明因伤无缘亚锦赛，但刘炜的主力地位并未因此动摇。半决赛对黎巴嫩的比赛，刘炜在第四节意外扭伤腰部，他因此决赛没有首发出战。但在中国队战局不利时，主帅郭士强还是选择将他替换上场。不过此战刘炜的努力也没能挽救球队，中国男篮52-70惨败伊朗，失去了亚锦赛冠军。

2010年9月7日，在世锦赛1/8决赛中，中国队67-78不敌立陶宛队，11分的差距也创造了双方大赛交锋史的最小分差。这一场比赛刘炜大放异彩，轰下了21分并送上3次助攻。刘炜本届赛事场均出战36分钟，也是中国队出场时间最长的球员。

2011年，刘炜第四次代表中国队参加亚锦赛。冠亚军决赛对阵约旦，中国队最终本场70-69险胜对手拿到伦敦门票，刘炜个人贡献了13分。

2012年7月22日，在中国男篮备战伦敦奥运的热身赛中迎战波兰。刘炜在最后关头开始，先是一次突破上篮帮中国领先3分。在波兰队赌博命中3分球追平后，正是刘炜最后一攻果断突击制造杀伤，罚球线上的2罚1中，正是凭借这1分，中国男篮以73-72险胜对手。对波兰队的这场胜利，也终结了中国男篮近年来欧洲拉练16连败的历史。

2012年的伦敦，刘炜最后一次代表中国男篮出战奥运会，场均送出6.2分、2.6个篮板和2次助攻，依然显示了自己不可替代的作用。

2001年8月2日，因备战北京大运会的需要，刘炜首次入围国家男篮集训队，搬进了国家体育总局训练局大院。尽管最终无缘大运会12人名单，这次集训的经历还是令刘炜的成长受益颇多。

2013年7月27日中午，在男篮全队即将启程奔赴菲律宾前一天，队医再次给刘炜做了脚部检查，确定刘炜将无法随队出战菲律宾男篮亚锦赛，这是刘炜11年国家队生涯中第一次缺席国际赛事。

从22岁初出茅庐到33岁，刘炜在11年里征战了国家队所有的大赛。2002年美国世锦赛、2002年釜山亚运会、2003年哈尔滨亚锦赛、2004年雅典奥运会、2005年多哈亚锦赛、2006年日本世锦赛、2006年多哈亚运会、2008年北京奥运会、2009年天津亚锦赛、2010年土耳其世锦赛、2010年广州亚运会、2011年武汉亚锦赛、2012年伦敦奥运会。三届世锦赛、三届奥运会、三届亚运会以及四届亚锦赛，这是中国男篮历史上一个前无古人的纪录，而刘炜也是国家队里十年来唯一一个“全勤”队员。