Milli Takım forması altında en son golünü 9 Ekim 2004 tarihinde oynanan 2006 Dünya Şampiyonası grup eleme maçında Türkiye'nin Kazakistan'ı 4-0 mağlup ettiği karşılaşmada atan Gökdeniz Karadeniz, 3 yıl aradan sonra milli forma altında golle tanıştı. 2008 Avrupa Şampiyonası Eleme Grubu'nda rakibi Yunanistan'ı deplasmanda 4-1 mağlup ederek tarihe geçen Ay-yıldızlı takımla birlikte Gökdeniz Karadeniz de 897 gün sonra giydiği milli forma altında golle tanışarak gol özlemine son verdi.

2005-2006 sezonunda adının karıştığı bahis skandalı nedeniyle hem milli formaya hem de Bordo-mavili formaya ara veren Gökdeniz Karadeniz, başından geçen olay sonrası Lüksemburg ve Malta maçlarının aday kadrosuna çağrılmamıştı. Yaşanan bahis skandalı sonrası milli formaya 117 gün ara veren Gökdeniz Karadeniz, daha sonra Milli Takımlar Teknik Direktörü Fatih Terim tarafından Macaristan ve Moldova maçları aday kadrosuna çağrılmıştı.

Ay-yıldızlı forma ile 1994 yılında Giresun Yeniyolspor'da oynarken tanışan Gökdeniz Karadeniz sırasıyla C Genç, B Genç ve A Genç Milli Takım formalarını giydi. Ümit Milli ve A2 Milli Takım formalarını da giyen Gökdeniz Karadeniz, bugüne kadar giydiği Ay-yıldızlı formalar altında toplam 10 gole imza attı.

Deplasmanda oynanan Yunanistan maçı ile A Milli Takım formasını 24 resmi müsabaka, 16 özel maç olmak üzere toplam 40 kez giyen Gökdeniz Karadeniz'in bu maçlarda 6 golü bulunuyor.

Trabzonspor'un milli futbolcusu Gökdeniz Karadeniz'in A Milli Takım forması altında attığı goller şöyle:

"Türkiye - Makedonya: 3-2 (1 gol) (2004 Avrupa Şampiyonası Grup Eleme)
Türkiye - Brezilya: 2 - 2 (1 gol) (FIFA Konfederasyon Kupası)
Fransa - Türkiye: 3 - 2 (1 gol) (FIFA Konfedarasyon Kupası)
Belçika - Türkiye: 2 - 3 (1 gol) (Özel Maç)
Türkiye - Kazakistan: 4 - 0 (1 gol) (Dünya Şampiyonası Grup Eleme)
Yunanistan - Türkiye: 1 - 4 (1 gol) (2008 Avrupa Şampiyonası Grup Eleme)"