17 мая 2018 года Мбаппе был включён в состав французской сборной на чемпионат мира 2018 года. 21 июня забил свой первый гол на чемпионатах мира в матче против сборной Перу. Это сделало его самым молодым французским игроком, когда либо забивавшим на чемпионатах мира. 30 июня 2018 года в 1/8 финала против сборной Аргентины после сольного прохода Мбаппе, прерванного с нарушением правил в штрафной соперника, был назначен пенальти, реализованный Антуаном Гризманном, а на 64-й и 68-й минутах Мбаппе забил сам. В итоге его сборная победила со счётом 4:3. Мбаппе был признан лучшим игроком этого матча. В финальном матче Мбаппе забил один из голов в ворота сборной Хорватии и стал первым подростком после Пеле, забивавшим в финале чемпионата мира. Его команда одержала победу со счётом 4:2 и стала чемпионом мира. Мбаппе был признан лучшим молодым игроком турнира.