华北分公司前身是地质矿产部华北石油地质局，1997年改称中国新星石油公司华北石油局，2000年更名为中国石化新星公司华北石油局，2003年始称中国石油化工股份有限公司华北分公司，总部设在郑州市。
华北分公司勘探开发范围涉及陕西、甘肃、宁夏、内蒙、河南等12省，在华北、塔里木盆地、巴丹吉林盆地均有油气田发现。特别是在鄂尔多斯盆地北部塔巴庙地区发现的大牛地气田最为突出。大牛地气田含气面积1016平方公里，2003年正式开发，向鄂尔多斯市供气。2005年建成了大牛地～榆林输气管道，参与了向北京供气。年供气10亿立方米。2009年产气19．5亿立方米，累计采气68亿立方米。