1961年から1962年にかけて製造。キロ28形0番台に相当する。当初は非冷房であったが、1964年から1968年にかけてAU13形分散式冷房装置6基と自車給電用の4DQ-11P冷房用発電装置を搭載して冷房化された。1985年3月14日のダイヤ改正で北海道内の気動車急行列車のグリーン車が全廃されたことで用途がなくなり、国鉄時代の1986年までに廃車された。
本系列唯一の新製1等車で、1961年から1968年にかけて28両が製造された。キハ58系におけるキロ28形に相当する。本州以南用の急行形電車・気動車の1等車とは異なり2連窓ではなく座席1列ごとに独立した1段上昇窓が1枚ずつ並んでいる。車内はキロ28形と同様のリクライニングシートで、定員もキロ28形と同じく52人である。床は普通車とは異なりリノリウム張りとした。なお、車体断面形状・トイレならびに洗面所位置の設計変更を実施したキロ28 2309 - 2314・2508 - 2518に相当するグループは製造されていない。
1968年に製造。キハ56形200番台同様の前面パノラミックウインドウの冷房準備仕様車でキハ28形500（2500）・1000（3000）番台に相当する。全車両がJR北海道に継承された。民営化後に6両が夜行快速列車「ミッドナイト」用に改造転用されたが、それ以外は非冷房のまま1997年までに廃車された。
1963年から1967年にかけて製造。キハ56形100番台同様の長大編成対応車でキハ28形300番台に相当する。日本車輌製造製の125 - 129は手違いから、窓周りの赤11号の帯幅がキハ58と同寸（天地方向に太い）で落成しており、その後も全検時の再塗装でも修正されていない。1973年に3両がお座敷車キロ29形に改造された。残りの車両のうち22両がJR北海道に継承されたが、2エンジン車のキハ56より早く1993年までに廃車となった。
1961年から1962年にかけて製造。キハ28形0番台に相当する。4両がJR北海道に継承されたが、1989年までにすべて廃車となった。
キハ56形と同型の1エンジン装備の2等車。キハ58系におけるキハ28形に相当する。1961年から1968年にかけ、合計102両製造された。
1963年から1967年にかけて製造されたグループ。長大編成対応（詳細は「国鉄キハ58系気動車#長大編成対応車」を参照）の改良がされており、キハ58形400番台に相当する。国鉄時代に2両がキロ59形に、4両がキハ53形500番台に改造された。民営化時には、上記改造車と廃車となった108・110・114を除いた41両が北海道旅客鉄道（JR北海道）に継承されたが、2000年までに全車廃車された。なお148は札幌圏での混雑緩和策としてセミクロスシート化され、同時にJR北海道の普通列車用の塗装となった。これは当系列に施された唯一の近郊型改造例で主に札沼線などで運用された。
1961年から1962年にかけて製造された初期形。キハ58形0番台に相当する。1986年にキハ53形500番台に改造された6両を除き、1987年の国鉄分割民営化までに全車廃車された。
本系列の基本形式である2エンジン装備の2等車。1961年から1968年までに合計121両製造された。キハ58系におけるキハ58形に相当する。国鉄気動車を製造するメーカーは多数存在したにもかかわらず、本形式は210 - 214のみ富士重工業が製造した以外は、すべて新潟鐵工所が製造を担当した。
キハ58系気動車の系統に属する急行形気動車のうち、酷寒・多雪な北海道の気候に対応した耐寒耐雪装備を施されているグループで、急行形気動車の中で最初に登場した。それまで蒸気機関車の牽引する客車急行列車が主流であった北海道において速度向上や設備改善に実績を挙げた。1980年代以降、赤字ローカル路線の廃止や急行列車廃止による余剰老朽化で廃車が進行し、2002年までに全車が運用を離脱。形式消滅となった。
2004年から地元のCSセルジッペの下部組織で育ち、2006年にグレミオFBPAへ移籍し、その年はユースチームでプレーした。2007年にトップチームに昇格すると、リオグランデ・ド・スル州選手権及びブラジル全国選手権・セリエAに出場した。2008年6月14日、ゴイアスEC戦で至近距離からのシュートを放ち、リーグ戦初ゴールを決めた。2009年12月27日に翌年から京都サンガF.C.へ期限付き移籍にて加入することが決定した。2010年は開幕戦から数試合はスタメンに名を連ねたものの、徐々に出場機会が減り天皇杯の佐川印刷SC戦を最後に公式戦での出場はなく、シーズン途中で契約を残したままブラジルへ帰国した。2011年にECバイーアへ1年間の期限付き移籍してプレーした。2012年3月5日にセアラーSCに期限付き移籍。2013年1月16日にフィゲイレンセFCへ完全移籍し、シーズン終了まで在籍。2014年1月にアゼルバイジャン・プレミアリーグのFKハザル・レンコランへ移籍。2015年1月にアソシアソン・シャペコエンセ・ジ・フチボウへ移籍。2016年11月28日、ラミア航空2933便墜落事故に遭遇し死去、享年30。当時チームはコパ・スダメリカーナ2016の決勝に参加するためコロンビアのメデジンに向かう途中であり、チエゴのほか多くのチームメイトも犠牲となった。