新疆塔里木盆地是中国最大的内陆盆地。盆地中央主要为塔克拉玛干大沙漠覆盖。塔克拉玛干大沙漠是世界第二大沙漠，面积仅次于非洲的撒哈拉大沙漠。
中国石油塔里木油田分公司1958年8月，石油工业部新疆石油管理局成立塔里木矿务局，当年10月发现塔里木第一个油田——依奇克里克油田；1977年发现塔里木盆地第二个油田——柯克亚油田。
1986年，新疆石油管理局成立南疆勘探公司，1988年11月18日轮南2井获高产油流。中国石油天然气总公司决定开展塔里木石油会战，于1989年4月，成立塔里木石油勘探开发指挥部。
1999年企业重组改制。中国石油天然气集团公司将原塔里木勘探开发指挥部的勘探开发等主业部分划出，组成中国石油塔里木油田分公司，并将原属新疆石油管理局的塔西南勘探开发公司整体划归塔里木油田分公司。总部设在格尔木市。
中国石油化工股份公司西北分公司1958年，地质部完成了塔里木盆地的航空磁测。1978年，地质部成立新疆石油普查勘探指挥部，1983年更名为西北石油地质局，1997年更名为中国新星石油公司西北石油局。2000年，新星石油公司并入中国石油化工集团公司，西北石油局更名为中国石油化工股份公司西北分公司，总部设在乌鲁木齐市。
中国石油塔里木分公司1958年4月，新疆石油管理局深入塔克拉玛干大沙漠开展石油勘探。1958年10月，新疆石油管理局塔里木勘探处在库车坳陷依奇克里克构造1号井获工业油流，发现依奇克里克油田。20年后，1977年5月17日，柯克亚构造柯参1井喷油，日产油达千吨，产天然气350万立方米，发现柯克亚凝析油田。凝析油属极轻质油，比重与汽油相近，应急时可直接加入汽车油箱使用。
1987年9月21日，位于盆地腹部的轮南1井获工业油流。1988年11月28日轮南2井获高产油气流，发现并证实了轮南油田，迎来了塔里木石油会战。
1989～1995年的塔里木石油会战，取得了重大战略突破。1989年10月19日塔中1井获高产油气流，发现塔中1油田。1992年塔中4井获高产油气流，发现塔中4油田。1993年11月发现中国最大的凝析气田牙哈气田。这一系列的发现，保证了石油产量的迅速增长。
1998年1月20日，克拉2井在中途测试中获高产天然气流，日产400万立方米，发现克拉2气田。这一发现是塔里木石油勘探特别重大的成果，在塔里木油气勘探史上具有重大意义。塔里木从此走上油气开发并重的新里程，促进了西气东输工程的立项并迅速建成，从而进一步提升了塔里木油田在中国石油工业的重要战略地位。
2009年中国石油塔里木油气区产油544万吨，产天然气180亿立方米，油气当量位居全国第四。天然气产量仅次于长庆，位居全国第二。
中国石化西北分公司西北石油地质局于1984年9月22日在塔北隆起带发现雅克拉油气田，实现了在塔里木盆地下古生界找油的重大突破。随后地矿部抽调地震队、钻井队到塔北会战。1988年发现阿克库勒油气田。1989年发现轮台气田。1997年发现塔河油田，是塔里木盆地发现的最大的油田。2009年产油597万吨。西北石油地质局于1990年开始生产原油，2009年产油659万吨，产天然气13.5亿立方米，成为中国西北重要的新兴油气产区。（石油知识）