中国的石油天然气企业经历了由计划经济体制到市场经济体制的过程。
中华人民共和国成立到20世纪80年代末，是采用计划经济的管理模式，由政府直接管理油气生产。1949年成立燃料工业部，下设石油管理总局。1955年成立石油工业部。1970年成立燃料化学工业部。1975年成立石油化学工业部。1978年复称石油工业部。
为了适应市场经济的需要，20世纪80年～90年代，国家对石油工业体制进行了几次大的调整。1982年成立中国海洋石油总公司。1983年成立中国石油化工总公司。1988年撤销石油工业部，成立中国石油天然气总公司，实现了由政府机关到国有大型石油企业的改变。
1998年3月10日，第九届全国人民代表大会第一次会议通过了国务院机构改革方案。4月17日，国家经贸委提出了组建两个特大型石油石化集团的方案，组建中国石油天然气集团总公司和中国石油化工集团总公司，建立统一、开放、竞争有序的全国石油资源、石化产品和技术服务市场，实现石油工业上下游、内外贸、产销一体化。两大集团公司不再承担政府职能，成为自主经营、自负盈亏、自我发展、自我约束的法人实体。1998年6月26日，两大集团公司签署了划转企业交接协议。中国石油天然气总公司将所属的胜利石油局等12家石油企业划转给中国石油化工总公司；中国石油化工总公司将所属的大庆石化总厂等19家石化企业划转给中国石油天然气总公司。7月27日，两大集团公司在人民大会堂隆重召开了成立大会。
从1982年成立中国海洋石油总公司，1983年成立中国石油化工总公司，1988年成立中国石油天然气总公司，到1998年成立中国石油和中国石化两大集团公司，中国石油工业逐步完成了中石油、中石化、中海油三大石油公司，实现了三足鼎立的格局。
除了三大石油公司之外，地方石油企业和私营资本也进入了石油石化企业，陕西省延长石油集团公司和上海市油气总公司是迅速发展起来的地方石油企业。
三大石油公司油气产量占全国油气产量的绝大部分。中国石油年产油量占59．5％，中国石化占21．9％，中海油占13．8％。天然气年产量：中国石油占71．1％，中国石化占11．7％，中海油占15．2％。