Na Mistrzostwach Świata w 2018, Mbappé w meczu z Australią zagrał w podstawowym składzie, a Francja wygrała 2:1. W spotkaniu z reprezentacją Peru zdobył jedynego gola w meczu, przy tym pierwszego na mistrzostwach świata osobiście, czym pobił rekord i został najmłodszym strzelcem Francji na mundialu. Po trzecim, bezbramkowym spotkaniu z Danią, Francja wyszła z grupy z pierwszego miejsca z dorobkiem 7 punktów, W 1/8 finału turnieju "Les Bleus" zmierzyli się z reprezentacją Argentyny. Spotkanie skończyło się wynikiem 4:3 dla Francuzów, a Mbappé został bohaterem spotkania strzelając 2 gole i wywalczając rzut karny po przebiegnięciu ponad 80 metrów boiska z prędkością szczytową około 38 km/h. Dzięki tej prędkości został najszybszym piłkarzem świata, bijąc poprzedni rekord Arjena Robbena. 15 lipca Mbappé zdobył gola w meczu z Chorwacją podczas finałowego spotkania, które Francja wygrała ostatecznie 4:2 i zdobyła puchar po 20 latach. Mbappé został najmłodszym strzelcem bramki w finale MŚ od czasów Brazylijczyka Pelé i trzecim najmłodszym mistrzem świata po Brazylijczyku Pelé (1958) oraz Włochu Giuseppe Bergomi (1982). Po meczu został nagrodzony przez FIFA nagrodą dla Najlepszego Młodego Zawodnika.