Det syriska observatoriet för mänskliga rättigheter rapporterade att strejker på Khan Sheikhoun av den syriska regeringen eller ryska jetplan hade fått många människor att kvävas.
Senare avfyrade flygplan raketer vid lokala kliniker som behandlade överlevande, läkare och aktivister.
Syriens armé förnekade att regeringen hade använt sådana vapen.
I ett uttalande fördömde president Donald Trump vad han kallade "dessa avskyvärda handlingar" av Bashar al-Assad-regimen.
"Det är tydligt att det är så Bashar al-Assad fungerar", sade USA:s utrikesminister Rex Tillerson, "med brutal, obesegrad barbari."
Storbritannien, Förenta nationerna och Frankrike fördömde också incidenten, som, om den bekräftas, skulle vara en av de dödligaste kemiska attackerna i Syriens inbördeskrig.
Spöket av nervagenter i Syrien - igen
Krigsflygplanen uppges ha attackerat den rebelliske khanen Sheikhoun, omkring 50 km söder om staden Idlib, tidigt på tisdagen, när många människor sov.
Källan till projektilen var inte klar, men EMC och oppositionen Lokala samordningskommittéer (LCC) nätverket sade att krigsflygplan hade riktat flera kliniker.US skyller Assad på "kemisk attack"
Efter attack i bilder (Varning grafiska bilder)
Varför är det krig i Syrien?
Pro-government journalister senare anförde militära källor som säger att det hade varit en explosion på en al-Qaida kemisk vapenfabrik i Khan Sheikhoun som orsakades antingen av en flygattack eller en olycka.
Rysslands försvarsministerium, president Assads allierade, insisterade på att det inte hade genomfört några flyganfall i närheten.
SOHR satte dödssiffran på 58, varav 11 barn, men Rasoul rapporterade att 67 personer hade dödats och 300 skadades.
Pro-opposition Step nyhetsbyrån sa att 100 hade dött.
Ett hjälporgan, Union of Medical Care and Relief Organisations (UOSSM), satte dödssiffran på mer än 100.
EMC sa att det hade slutat räkna offren för att det var så många.
SOHR sade att man inte kunde säga exakt vad som släpptes.
Men EMC och LCC sade att det ansågs vara nervagenten Sarin, som är mycket giftig och anses 20 gånger så dödlig som cyanid.
Experten på kemiska vapen, Dan Kaszeta, sade att det är problematiskt att avgöra om Sarin var inblandad helt enkelt genom att undersöka videoklipp.
Han tillade att tisdagens attack kunde ha varit resultatet av ett av alla kemiska agenser, eftersom de tenderar att "uppstå på samma sätt när det gäller deras fysiologiska effekter på människokroppen".
Sarin är nästan omöjligt att upptäcka eftersom det är en klar, färglös och smaklös vätska som inte har någon lukt i sin renaste form.
Syriens armé, i ett uttalande på State News Agency Sana, sade att det aldrig hade och aldrig skulle använda giftgas.
Regeringen anklagades av västmakterna för att skjuta raketer fyllda med Sarin i de rebelliska förstäderna i Damaskus i augusti 2013, och dödade hundratals människor.
President Assad nekade till anklagelsen och skyllde på rebellkrigare, men han gick därefter med på att förstöra Syriens kemiska arsenal.
Trots detta har Organisationen för förbud mot kemiska vapen (OPCW) fortsatt att dokumentera användningen av giftiga kemikalier vid attacker i Syrien.
I januari 2016 sades det att blodprover som tagits från offren för en ospecificerad attack visade att offren hade exponerats för Sarin eller ett sarinliknande ämne.
Annan rapporterad användning av kemiska agenser:
Vita huset säger att det är "säkert" Bashar al-Assads regering låg bakom en uppenbar kemisk attack som dödade minst 58 personer i nordvästra Syrien.