Znalazł się w kadrze na Mistrzostwa Świata w 2016 roku. W fazie grupowej rozegrał wszystkie trzy mecze: wygranym spotkaniu przeciwko reprezentacji Słowacji (2:1), przegranym spotkaniu przeciwko reprezentacji Anglii (1:2) oraz wygranym spotkaniu przeciwko reprezentacji Rosji w której Taylor strzelił bramkę. (3:0).
Po wyjściu z grupy B, Walia natrafiła na reprezentacje Irlandii Północnej w meczu 1/8 finału. Mecz zakończył się zwycięstwem Waliijczyków wynikiem 1:0.
W ćwierćfinale zmierzyli się z reprezentacją Belgii, na stadionie Stade Pierre-Mauroy. Spotkanie zakończyło się zwycięstwem Walijczyków wynikiem 3:1.
W półfinale, reprezentacja Walii natrafiła na reprezentacje Portugalii na stadionie Groupama Stadium. Mecz zakończył się przegraną i odpadnięciem Wali z turnieju wynikiem 2:0.
Neil Taylor rozegrał wszystkie mecz na turnieju i łącznie zanotował jedną bramkę.
6 września 2019 roku rozegrał ostatni mecz w reprezentacji przeciwko reprezentacji Azerbejdżanu w eliminacjach do Mistrzostw Europy w 2020 roku. Spotkanie zakończyło się wynikiem 2:1 na konto Walijczyków.