Het Atomium is gebouwd in het kader van de Brusselse Wereldtentoonstelling in 1958, de zogenaamde Expo 58. Het stelt één elementaire cel zuiver ijzer voor dat sterk in ontwikkeling was en een belangrijke rol speelde in de optimistische kijk op ontwikkeling in de jaren vijftig. Het heeft de kubisch ruimtelijk gecentreerde structuur, zoals zuiver ijzer bij kamertemperatuur en onder atmosferische druk. Vreemd genoeg werd bij de bouw besloten dat de bollen niet van staal, maar van aluminium moesten worden gemaakt. Dit materiaal was in die tijd een materiaal in opkomst. Het is niet precies bekend waarom dit besluit werd genomen, maar waarschijnlijk was de reden dat aluminium op dat ogenblik aanmerkelijk beter bestand was tegen corrosie dan staal. Het gebouw zou volgens het oorspronkelijke plan niet langer dan zes maanden blijven staan. Aan het eind van de wereldtentoonstelling werd echter besloten om het gebouw, dat inmiddels erg populair en bekend was geworden, toch maar te laten staan.

 

Renovatie in februari 2004

Van 2004 tot 2006 onderging het monument een twee jaar durende opknapbeurt. Het Atomium was gedurende die tijd gesloten voor het publiek. Er werd onder meer aluminium bekleding vervangen door een speciaal type roestvast staal. De renovatie kostte 26 miljoen euro. Brussel en de vzw Atomium betaalden een derde van de kosten, de Belgische overheid financierde twee derde.[1] Op 21 december 2005 werd de nieuwe buitenverlichting van het Atomium getest. Oorspronkelijk was het Atomium ook al verlicht, maar de lampen waren al snel kapot. De meridianen van elke bol zijn afgedekt met rechthoekige staalplaten, waarin ledverlichting is geïntegreerd. De ledtoepassing verlicht de bollen, kan de lichten ook laten knipperen en kan de lichten op een meridiaan na elkaar laten knipperen, waardoor het traject van een elektron rond zijn kern wordt gesymboliseerd. Op dinsdag 14 februari 2006 werd het Atomium officieel heropend door Prins Filip en op zaterdag 18 februari 2006 ging het opnieuw open voor het publiek. Ter gelegenheid van de heropening is een munt van 2 euro met het jaartal 2006 uitgegeven.

Omdat het in 2008 vijftig jaar geleden is dat Expo 58 werd geopend, plaatste men op 11 april 2008 met behulp van een helikopter en paracommando's een Belgische driekleur van 15 vierkante meter op de bovenste bol, net zoals in 1958.

  Zie Paviljoen van het tijdelijke Geluk voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Aan het Louis Steens Plein, 150 meter ten zuidoosten van het Atomium, werd op 17 april 2008 het Paviljoen van het tijdelijke Geluk geopend. Het bouwwerk moest een hedendaagse repliek geven op het Atomium en was daarom uit herbruikbare prefab-elementen opgetrokken: 33 000 oranjegele bierbakken. Het paviljoen heeft een half jaar gestaan en de data van opening en sluiting waren exact die van vijftig jaar tevoren. Er waren films en tentoonstellingen te zien over de Wereldtentoonstellingen, in het bijzonder de Expo 58. Van buiten oogde het bouwwerk min of meer rechthoekig, maar het hoog opgetrokken dak met kruisribgewelf, gesteund door pilaren en kapitelen van kratten, gaf binnenin de ruimtewerking van een gotische kerk.