Die „Exposition Universelle et Internationale de Bruxelles - Wereldtentoonstelling Brussel 1958“, im Volksmund „Expo 58“ genannt, fand vom 17. April bis 19. Oktober 1958 auf dem Heysel-Plateau in Brüssel, Belgien, statt. Vom Internationalen Ausstellungsbüro (Bureau International des Expositions, BIE) als allgemeine Ausstellung erster Kategorie registriert, wurde sie vom Exekutivkomitee der Ausstellungsgesellschaft organisiert. Sie wird häufig als erste Weltausstellung nach dem Zweiten Weltkrieg bezeichnet, doch das trifft nur für ihre Kategorie zu: Sie war die erste allgemeine Ausstellung erster Kategorie nach dem Krieg. Das BIE verzeichnet zwischen Kriegsende und ihrer Eröffnung 12 Weltausstellungen: Expo 1947 Paris, Expo 1949 Stockholm, Expo 1949 Lyon, Expo 1949 Port-au-Prince (eine allgemeine Ausstellung zweiter Kategorie), Expo 1951 Lille, Expo 1953 Jerusalem, Expo 1953 Rom, Expo 1954 Neapel, Expo 1955 Turin, Expo 1955 Helsingborg, Expo 1956 Beit Dagon und Expo 1957 Berlin. König Baudouin eröffnete die Ausstellung am 17. April 1958, und in ihren sechs Monaten verzeichnete sie 41.454.412 Besuche.

Brüssel brachte langjährige Erfahrung in das Projekt ein. Die Stadt hatte bereits 1888, 1897, 1910 und 1935 internationale Ausstellungen ausgerichtet, und mit der Expo 1958 Brüssel wurde sie zum fünften Mal Gastgeberin. Die vom Atomium veröffentlichte Geschichte der Veranstaltung hält fest, dass Belgiens Bilanz als Gastgeber zu seinen Gunsten ins Gewicht fiel, als Brüssel den Vorschlägen vorgezogen wurde, die mit Paris und London in Verbindung standen. Das BIE registrierte die Ausstellung auf seiner 32. Generalversammlung am 5. November 1953, sodass den Organisatoren viereinhalb Jahre zur Vorbereitung blieben.

Das Thema, „Eine Weltsicht: ein neuer Humanismus“, stellte Wissenschaft und Technik als Werkzeuge des menschlichen Fortschritts dar und bestand zugleich darauf, dass die moralische Entwicklung mit ihnen Schritt halten müsse. In seiner Eröffnungsrede brachte König Baudouin diesen Gedanken unmittelbar zum Ausdruck: Technik allein mache noch keine Zivilisation. Die Kernenergie war ein zentrales Thema: Eine Präsentation warb unter dem Motto „Atom = Hoffnung“ für das friedliche Atom und zeigte ein Modell des Reaktors BR-3 in Mol.

Das BIE zählt 39 Teilnehmerländer, während die Geschichte des Atomiums von einer Ausstellung Belgiens und 44 weiterer Länder spricht. Die Vereinigten Staaten, die Sowjetunion, die Niederlande und Frankreich erhielten die größten Grundstücke mit jeweils rund 25.000 Quadratmetern. Der amerikanische und der sowjetische Pavillon standen einander nahe dem Atomium gegenüber, und die Rivalität des Kalten Krieges prägte beide. Die Sowjetunion zeigte eine Nachbildung des Sputnik und der Kabine Laikas und demonstrierte damit technische Überlegenheit. Der Pavillon der Vereinigten Staaten, entworfen von Edward Durell Stone mit Präsentationen von Peter G. Harnden und Bernard Rudofsky, stand unter einem lichtdurchlässigen, seilverspannten Dach und umfasste ein Circarama-Kino, das einen 360-Grad-Film von Walt Disney über eine Reise durch die Vereinigten Staaten zeigte, sowie „Unfinished Work“, eine Präsentation über die sozialen Probleme und Rassenkonflikte des Landes. Der tschechoslowakische Pavillon stellte die Laterna Magika vor, eine neue Form des immersiven Theaters.

Das Atomium wurde zum Symbol der Ausstellung. Das vom Ingenieur André Waterkeyn mit den Architekten André und Jean Polak entworfene, 102 Meter hohe Bauwerk stellt die Elementarzelle eines Eisenkristalls in 165-milliardenfacher Vergrößerung dar, mit neun durch Röhren verbundenen Kugeln. Es wurde am 25. März 1958 für 200 Millionen belgische Franken fertiggestellt, und seine oberste Kugel beherbergte ein Restaurant. In der Nähe entwarf Le Corbusier in Zusammenarbeit mit Iannis Xenakis und Edgar Varèse den von Philips-Kunstdirektor Louis Kalff in Auftrag gegebenen Philips-Pavillon als Schauplatz für das multisensorische „Poème électronique“. Der Pfeil des Bauingenieurwesens, eine rund 80 Meter lange Stahlbetonkonstruktion von Jean Van Doosselaere, André Paduart und Jacques Moeschal, führte die Besucher über eine Reliefkarte Belgiens. Viele Gebäude brachen mit der Symmetrie zugunsten von Winkeln und Kurven, einer Formensprache, die später als „Stil 58“ bekannt wurde.

Die Ausstellung nutzte das Gelände der Expo 1935 Brüssel erneut und erstreckte sich über eine Fußgängerbrücke aus Betonfertigteilen bis in den Park von Laeken. Das Palais du Centenaire erhielt eine temporäre neue Fassade, und eine neue Halle, der Palast Nr. 7, fügte 10.000 Quadratmeter Ausstellungsfläche hinzu. Die Stadt selbst wurde für Auto- und Luftverkehr umgestaltet: Stadtautobahnen wurden gebaut, der Flughafen Zaventem ausgebaut, und eine neue Straßenbahnlinie brachte die Besucher vom Stadtzentrum zum Gelände. Das in dieser Zeit begonnene Wohnungsbauprojekt Cité Modèle in Laeken wurde erst in den 1960er-Jahren fertiggestellt.

Belgien nutzte die Ausstellung auch, um seine Kolonie im Kongo zu präsentieren. Sieben Pavillons behandelten Bergbau, Kunst, Verkehr und Landwirtschaft des Kongo, und in den tropischen Gärten errichteten die Organisatoren ein „typisches“ Dorf, in dem kongolesische Menschen zur Schau gestellt wurden. The Brussels Times hat diesen Bereich als einen der dunkelsten Aspekte der Veranstaltung bezeichnet, und die Geschichte des Atomiums selbst nennt die Kolonialabteilung „etwas umstritten“.

Die meisten Pavillons wurden nach der Schließung abgerissen oder versetzt. Der österreichische Pavillon wurde in Wien als Museum wiederaufgebaut, der tschechoslowakische in Prag, während Teile des Pavillons der Vereinigten Staaten 1961 vom belgischen Rundfunk NIR, der heutigen VRT, übernommen wurden, die sie bis heute nutzt. Der Komplex des Palais du Centenaire wurde zum Brussels Exhibition Centre. Das Atomium, das nur sechs Monate stehen sollte, blieb erhalten, wurde zwischen 2004 und 2006 renoviert und beherbergt heute eine Ausstellung über die Expo 1958 Brüssel. Die Expo 1958 Brüssel schenkte Belgien sein bekanntestes modernes Wahrzeichen und ist bis heute ein lebendiges Zeugnis des Wissenschaftsglaubens der Nachkriegszeit vor dem Hintergrund der Spannungen des Kalten Krieges und des Endes der Kolonialzeit.