International suédois, Sten Mellgren dispute deux matchs sans aucun but inscrit en équipe nationale suédoise en 1923 et en 1924[3],[4].
Son premier match en sélection a lieu le contre la Hongrie en amical (défaite 1-2 à Budapest)[3].
Il dispute son dernier match en sélection lors des Jeux olympiques de 1924 : il est titulaire lors du premier match de la petite finale qui se solde sur un match nul 1-1 contre les Pays-Bas. La Suède est alors médaillée de bronze après une victoire lors du match d'appui que Mellgren ne joue pas[3].