中国石油从20世纪开始涉足地热能探索。
华北油田早在20世纪七八十年代就开始利用地热，主要是供暖。地热利用主要包括：地热发电、输油管线维温伴热、取暖和花卉种植、热洗油管等。“十二五”期间重点开展中低温地热发电先导试验，2013—2015年，国家“863”计划中低温地热发电项目在华北油田开展发电试验。
辽河油田的地热研究工作始于1985年，由地热研究所负责油田地热能的研究与利用，有稳定的研究、工程设计与施工团队，已建成10余个地热项目，包括原油加热及站内供暖，年替代能耗2．4万吨标煤，并形成多项专利与专有技术。
大庆油田于1998年发现地热田，先后由油田勘探开发研究院、地下资源公司、新能源办公室、勘探事业部、水务公司等单位组织开展地热评价与应用研究，累计实施热泵改造项目31项（其中“十二五”期间实施4项），主要利用采出水余热为生产办公建筑物供暖制冷，年替代标煤能力达4．65万吨。
中国石化20世纪90年代开始大规模探索开发利用地热能，近年来已走在国内地热能开发利用的前列，特别是中国石化开创的“雄县模式”，成为地热界的典范，可推广、可复制，行业引领作用明显。地热资源具有易回灌、温度高、水量大的特点。地热开采采用“取热不取水”技术共钻井60口，其中30口回灌，基本实现采灌，建成供暖面积338万平方米，98％的城市供暖利用地热能，雄县成为我国第一个“无烟城”。
中国石化通过对现有255座联合站进行余热利用规划，其中胜利油田、中原油田、河南油田有3个项目投入运行，20余座联合站余热利用项目正在建设中。2013年投入运行胜利油田鲁胜集输总站余热利用项目、中原油田濮三联污水余热供暖项目、河南油田下二门联合站余热利用项目，三个项目年节能折合标准煤1．5万吨，减排二氧化碳约4万吨。
此外，西北石油局开展烟气余热综合利用项目，普光气田余热余压利用发电项目。胜利油田、荆州、咸阳浅层地热能利用方面做了多个热泵供暖项目，利用浅层地热、江河水、城市污水等多种热源，通过热泵系统开发城市地热供暖项目，效果良好。