设计的目标点与井口不在同一铅垂线上的井称为定向井。通常情况下，油气钻井以直井为主，井钻得越直越好。但是，有时为了更好地开采出地下油气资源，却需要钻定向井，钻井界研发了各种各样的定向井钻井工艺技术，已能做到“万米地下任我行”。
定向钻井起源于19世纪后期，主要是用于井下掉入落物而又无法打捞时进行侧钻钻井。1932年在美国加利福尼亚亨延滩油田钻成世界上第一口真正有记录的定向井，这口井的井场和井口在陆地，而井眼延伸到海滩的地下储层，创新改变之前对海滩油田的开发需要先搭栈桥再在海滩竖井架钻井的做法，由此降低了钻井成本，开创了定向钻井的新纪元。1934年，德国的克萨斯康罗油田一口井严重井喷，地面采取各种灭火措施都无法将大火扑灭，一位工程师提出在距失控井不远处钻一口定向井，井底与失控井相交，然后通过定向井向失控井井内泵入重浆压住失控井，从而成功地将大火扑灭。这是世界上钻的第一口定向救援井。第二次世界大战之后随着生产需求、海洋油气开发、井下动力钻具研制以及计算机技术进步，促使定向钻井技术更加得到广泛地应用。
1955年在玉门油田钻成中国第一口定向井——C2－15井。1987年四川油田钻成的定向井草16井其井眼轨迹跨过长江。进入20世纪80年代后，中国定向钻井设备、工具及工艺技术高速发展，定向钻井技术已达到世界先进水平。1996年11月22日，中外合作钻成的第一口高难度大位移井——西江24－3－A14井开钻，于1997年5月19日完钻，完钻斜深9238米，水平位移8062．7米，创当时水平位移最大的世界纪录。
什么时候需要采用定向钻井呢？一是地面限制，即地面不利于或不允许设置井场。如要开采城市或者大型建筑物、河流、湖泊下面的油气资源，最好的办法是钻定向井或者大位移井，以避免破坏城市或者大型建筑物、污染环境、钻井生产事故威胁居民安全等。二是地质条件要求，定向井能更有利于发现油藏，提高产量，提高效益。如海洋深水钻大位移井。三是钻井技术需求，需要用定向井来处理井下复杂情况或易斜地层。如打救援井。当然还有其他情况也需要钻定向井，如过江管道的铺设、煤层气和地热的开发等都需要钻定向井。
随着钻井技术的进步，定向井衍生出各种类型的复杂结构井，形成了庞大的定向井“家族”，主要包括：（1）多目标定向井，或叫多靶定向井，是具有两个或两个以上目标点的定向井。（2）丛式井，是在同一井场或钻井平台按一定井口间距钻出两口或两口以上的一组井。（3）水平井，指井眼进入目的层时井斜角接近、等于或大于90＆deg；并在目的层中延伸一定长度的定向井。（4）绕障井，是为绕过井口和目标点之间的障碍而设计的定向井。（5）侧钻井，指从已有井眼的选定深度处侧向钻出并钻达目标点的井，有套管开窗、裸眼侧钻等不同钻井方式。（6）大位移井，指水平位移超过3000米或水平位移与垂深比值大于2的定向井。（7）大斜度井，指最大井斜角超过55＆deg；的定向井。（8）斜直井，是自井口开始设计井眼轨道就是斜直井段的定向井。（9）分支井，或叫多底井，是同一井口设计有两个或两个以上井底的井。（10）径向水平井，是用特殊工具在直井眼内直接转向水平，然后延伸一段距离的井。（11）救援井，或叫救险井，为抢救井喷失控、着火的油气井，在其一定安全距离位置设计与施工，最终与事故井连通，达到控制井喷目的的井。
水平井可以分为以下几种：长曲率半径水平井（长半径水平井）是设计井眼曲率小于6＆deg；/30米的水平井；中曲率半径水平井（中半径水平井）是设计井眼曲率大于等于6＆deg；/30米、小于20＆deg；/30米的水平井；中短曲率半径水平井（中短半径水平井）是设计井眼曲率大于等于20＆deg；/30米、小于60＆deg；/30米的水平井；短曲率半径水平井（短半径水平井）是设计井眼曲率大于等于60＆deg；/30米的水平井。