Voronin was van 2002 tot en met 2012 international in het Oekraïens voetbalelftal, waarvoor hij 74 wedstrijden speelde en acht keer scoorde. Hij maakte zijn in maart 2002 zijn debuut als international tijdens een 4-1-overwinning op Roemenië. In september 2002 maakte hij zijn eerste doelpunt voor het Oekraïens voetbalelftal, tegen Griekenland. Voronin maakte deel uit van het nationale team op het WK 2006, waarop Oekraïne tot de kwartfinales kwam. Hij behoorde ook tot de nationale selectie die als gastland deelnam aan het EK 2012.