人类钻凿油气井的历史，大体上经历了4个阶段。
1大口径浅井阶段
从远古到11世纪中叶是手工工具挖掘大口径浅井阶段。公元前3～1世纪的战国时期，李冰在四川兴修水利，钻凿盐井，带领大家首次掘成—批大口径的盐井和天然气井，这些井多为方形、长方形，属于坑洼式，口径和深度都只有3～10米，是人下入井内挖掘而成。公元前61年在陕北鸿门（今陕甘宁大气田所辖的范围内）发现天然气，兴建了鸿门火井祠。
公元147－189年以前，在四川邛崃钻出一口天然气井。随着天然气熬盐业的发展，公元557年便把临邛火井所在地命名为“火井镇”。待到公元616年，炀帝杨广更把临邛升为“火井县”。到了隋唐时期，挖掘技术达到了相当高的水平，井的形状由坑洼式发展为立桶式、束腰式，由方形变为椭圆形和圆形。井径则加大到100米，井深达200多米，井壁使用竹子和木材加固，挖掘时全凭许多人在井底手工操作，劳动艰苦，工程浩大、令人叹为观止。
2卓筒井阶段
从11世纪到19世纪中叶是用竹木做工具、以人畜为动力、冲击钻凿小口径深井的卓筒井阶段。宋朝中叶？庆历（公元1041－1048年），用顿钻钻成“卓筒井”。卓筒意为直立之筒，井的井眼很小，约5～9寸，井深达千余尺。卓筒井是采用与挖掘大口浅井截然不同的新方法，用冲击方式破碎井底岩石，用捞砂筒捞出井底已破碎了的岩石，用竹质绳索悬持井内工具，用立轴大滚筒卷绕竹索，向井内下入木制套管以加固井壁，封隔地层淡水。它是一种利用机械原理，以牲畜作动力，木杆作井架，木制的碓架和地车子为钻机，又以各种形状和规格的“锉”为钻头，而钻出比大口浅井的井径小得多而井深大得多的新型钻井方法。
这种方法比用人力掘凿大口浅井的方法要先进得多。它基本类似于近代的顿钻钻井。因此，卓筒井的问世，被称为钻井技术发展史上的第一次技术革命。卓筒井在顿击钻凿过程中，使用“扇泥筒”捞出捣碎的泥砂，钻至一定深度后．使用“大竹去节，牝牡相衔”以封固井壁，用“麻头油灰”以堵水和加固。由“相井、开井口、下石圈、抽小眼、刮大口、扇泥、下木竹、锉小口、见功”等钻井工序，即从定井位、安装开钻直至出盐卤或油气，形成了一套同现代钻井相似的钻井工艺流程。
3近代顿钻阶段
从19世纪中叶到20世纪初是用钢铁工具和设备、用蒸汽机做动力、进行冲击钻井的近代顿钻阶段。1842年，蒸汽动力用于石油钻井；1859年，德雷克使用蒸汽动力的绳式顿钻钻机钻出第一口具有商业开采价值的油井。绳式顿钻钻机此后独占主流，直到1920年才被旋转钻机所取代。
4旋转钻井阶段
1895年，旋转式钻井（转盘钻井）在美国得克萨斯州的Corsicana油田应用，世上第一台绞车出现；1900年，钢丝绳用于钻井；公元1901年，美国在墨西哥湾的纺锤顶油田运用旋转钻井获得了日产10万桶的高产油井；1905年，井眼套管水泥固结和双塞注水泥法在美国加利福尼亚应用；1909年，HowordHughes将牙轮钻头用于油田钻井；1914年，钻具接头使钢管能旋转对接；1920年，猫头普遍应用于钻井设备中。至此，以机械破岩方式为主的旋转钻井工艺趋于完善，在全世界被广泛采用。
其后又出现了大马力钻机、有了新型牙轮钻头，有了化学处理及用来改进钻井液和固井水泥性能，提高了固井的质量，石油钻井技术由初期的“概念孕育时期”进入“发展时期”。1948年在美国出现了“喷射钻井”，标志着钻井技术进入科学阶段。由于大力开展钻井的科研工作，在此阶段取得了5项重大成就：喷射钻井；平衡钻井；“三合一”钻头（镶齿、滑动、密封袖承）；低相对密度、低固相、不分散钻井液，最优化钻井。20世纪70年代以来，钻井进入自动化阶段。
在此阶段，研制并发展了自动化钻机和自动井口装置、钻井液机械处理、钻井参数随钻测量等自动控制技术和设备、仪表。成功地钻成了定向井、丛式井、大斜度井和水平井。尤其是随着计算机技术的高速发展，不断研制改进成的随钻测量仪器和遥控导向装置，更为油气井工程提供了遥测遥控的有效手段。目前，欧美等发达国家已钻成逾万米的超深井（前苏联已钻达的最大井深为12200m），以及高难度的大位移定向井（阿根廷海上一口大位移井的水平位移达11000多米）。
为了实现钻井技术的第三次革命，人们正在探索新的钻井方式。