海洋油气勘探开发技术是陆地油气勘探开发技术的继承与发展，经历了一个由陆地走向浅水，从浅水走向深水，由简易走向系统复杂的发展过程。
（1）陆地走向浅水。
19世纪末，在美国加利福尼亚州的圣巴巴拉海峡，美国人为开发由陆地延伸至海里的油田，从防波堤上向水深仅有几米的海里搭建了一座76．2米长的木质栈桥，安上钻机打井，首次从海中采出石油，这也是世界上第一口海上油井，拉开了海洋石油勘探开发的序章。
1920年，委内瑞拉在马拉开波湖3．5～4．3米水深中利用木制平台钻井，被认为是世界上第一座固定式海洋平台，发现了一个大油田。
1936年，美国在墨西哥湾，钻成海上油井并建造了木质结构生产平台，平台的甲板尺寸为100英尺×300英尺（1英尺为0．3048米），工作水深15英尺，1938年成功开发了世界上第一个海洋油田。
1945年8月，马格诺利亚（Magrlolia）石油公司在美国路易斯安那州用338根木桩和52根工字钢建造了一座固定式钻井平台，从此，钢材开始取代木材用来建造钻井平台。
1947年，科麦吉石油工业公司（KerrMcGeeOilIndustreis）将井架安装在水深为4．6米的美国路易斯安那州离岸的墨西哥湾水域中，自此以后，海洋油气无论是其产量或是其占世界油气总产量的份额都呈增长趋势。
（2）浅水走向深水。
20世纪40年代，海洋油气勘探首先集中在墨西哥湾、马拉开波湖等地区，主要是应用土木工程技术建造木结构平台和人工岛。
20世纪50—60年代则在波斯湾、里海等海区初具规模，这主要得益于移动式钻井装置、浮式生产及海底生产等装备系统投入生产运用，作业海域范围不断扩大，作业水深已超过200米。
20世纪70—80年代是海洋油气勘探最为活跃的时期，作业水深超过500米，成功开发了北海和墨西哥湾大陆架深水区油气资源。
20世纪90年代，成功解决了温带海域油气开采面临的钻井、采油、集输和存储等技术问题，作业范围则从北海、墨西哥湾等传统地区扩展到西非、南美及澳大利亚大陆架等海域。进入21世纪，海上油气作业水深已经突破3000米。
全球深水油气勘探开发投资占海洋油气勘探开发总投资的比例也是逐年增加，深水勘探开发持续升温。尤其是近年来，巴西盐下、东地中海东非等发现了一大批世界级的大油气田，成为国际大石油公司的投资热点深水油气资源勘探开发越来越受到重视和关注。
（3）数字化和智能化发展。
进入21世纪后，特别是2018年以来，海洋油气行业开始拥抱数字技术，将传统的油气勘探开发技术与智能数字化技术融合，各大国际油气公司开始将数字技术运用于油气生产中，如利用3D打印制作深水油气开发平台模型，建立数字化中心等。