23-åringen från Dallas fick springa på bana nio efter att ha tagit sig till finalen med liten marginal.
Men från ytterbanan slog Richardson till med en riktig supertid, 10,65. Tiden är en av de snabbaste någonsin och innebar hennes första mästerskapsmedalj. Bakom henne blev det dubbelt jamaicanskt.
Världsettan Shericka Jackson knep silvret och veteranen Shelly-Ann Fraser-Pryce tog brons.
Richardson springer även 200 meter senare i VM.