石油从地下开采出来后，需要经过复杂的炼制加工过程，才能得到琳琅满目的石油产品。人类的炼油工业大约有200年的历史。尽管我国很早就已发现、开采和利用石油，但直至全球炼油工业逐步兴起，我国才随之兴起现代炼油工业，因此起步相对较晚。从炼油工业的“一穷二白”到炼油强国，勤劳智慧的中华民族走过了一段艰苦历程。
早在1823年，俄国杜比宁三兄弟就在莫兹多克建立了世界第一座釜式蒸馏工厂炼制石油，炼油工业正式产生。而近代的中国，特别是鸦片战争之后，由于帝国主义入侵和军阀混战，国内的炼油工业几乎是“一穷二白”。1905年，陕西地方政府建立延长石油厂，开始开钻采油和生产煤油。1942年，甘肃油矿局建立了以釜式蒸馏为主的炼油厂，生产效率大大提升，原油加工量达到6．4万吨/年。此时我国的炼油工业处于“萌芽”阶段，产品也较为单一，主要是汽油、煤油、柴油和石蜡。
中华人民共和国成立前夕，大部分炼油工业所需的生产设备被毁坏，可以运行的设备很少。到1949年中华人民共和国成立，由于炼油装置（蒸馏、热裂化、叠合、离心脱蜡等）较少，炼油厂规模也很小，我国原油加工能力仅为17万吨/年，石油产品产量只有8万吨，其中汽油、煤油、柴油和润滑油的产量更是只有3．5万吨，因此紧随时代潮流发展炼油工业迫在眉睫。
“沉舟侧畔千帆过，病树前头万木春。”中华人民共和国成立后，百废俱兴，党和政府为了全国经济发展，非常支持石油炼制工业的恢复和发展，我国炼油工业因此逐渐进入新的时代。不只是已有的炼油厂得以恢复，新的炼油厂也投入运营。1958年，经过全国人民的努力，终于建成了我国第一个大型现代化炼油厂——兰州炼油厂，同时还掌握了移动床催化裂化和润滑油生产等高新先进技术，这使我国的炼油能力大幅度提高，达到了100万吨/年。此后，我国的石油炼制工业得到了长足的进步和发展。
大庆油田的成功发现和开采，使我国原油产量快速增长。1961年石油工业部组织了大庆炼油大会战，依靠自身力量建设了一批百万吨级的大型炼油厂，其中最具代表性的就是大庆炼油厂，原油加工能力达到了150万吨/年。并且经过老一辈技术人员不断学习和改进，我国掌握了延迟焦化、流化催化裂化、铂重整、尿素脱蜡等先进技术和相应的催化剂制造工艺，大大缩小了与世界先进水平的差距。
20世纪70年代起，我国石油工业蓬勃发展，炼油厂的加工能力得到了大幅度提升，并且在新技术的加持下，建设了多金属催化重整、分子筛脱蜡、喷雾蜡脱油、软蜡裂解、加氢精制、提升管催化裂化、同轴式流化床催化裂化等新型生产设备。1974年，玉门炼油厂投产了一种使用分子化剂的提升管催化裂化装置，是当时最具有代表性的新型生产设备。随着提升管反应器的建设和分子筛在炼油工业的应用，我国炼油行业发生了翻天覆地的变化，炼油厂节能和环保技术水平大大提高。
从改革开放到20世纪末，我国的炼油工业进入高质量快速发展阶段原油产量和加工能力飞速增长，1998年原油加工能力达到2．5亿吨，位居世界第三位。在此期间，我国成立了中国石油、中国石化、中国海油三大公司，实现了石油工业的多元化发展，分工明确，各自经营，新建和扩建了一大批炼油厂和深度加工装置，并取得了多项科技成果。这个时期，我国的炼油行业一片欣欣向荣。
在21世纪第一个十年期间，我国坚持以资源为基础、以市场为导向的基本原则，大力调整了炼油产业布局。2009年，惠州炼化、福建炼化、独山子石化、天津石化等大型炼油项目陆续建成，至此已建成的千万吨级炼油厂达到17座，我国成为全球第二大炼油国。与此同时，我国的自主炼油技术也实现了较大发展，炼油工业基本依靠国内技术，85％以上的催化剂实现国产新时代，随着环保法规的严格、燃料产品需求的饱和以及“双碳”目标的提出，我国炼油行业面临着诸多挑战和机遇。“十三五”期间，我国规划并有序推进七大石化产业基地（大连长兴岛、河北曹妃甸、江苏连云港、上海漕泾、浙江宁波、广东惠州、福建古雷）建设，使我国炼油行业朝着装置大型化、炼化一体化、产业集群化方向发展。