Tổng công ty dầu khí Việt Nam ra đời gắn liền với sự hình thành và phát triển của ngành dầu khí. Từ đoàn địa chất 36 trực thuộc Tổng cục địa chất làm nhiệm vụ tìm kiếm thăm dò dầu khí, được thành lập năm 1961, trở thành Tổng công ty Dầu khí Việt Nam ( Petrovietnam ) như hiện nay là cả một quá trình phát triển liên tục gắn với từng giai đoạn phát triển kinh tế của đất nước.
Tháng 9/1975: Thành lập tổng cục dầu khí Việt Nam trên cơ sở Liên đoàn Địa chất Dầu khí 36 của Tổng cục Địa chất và ban dầu thuộc Tổng cục Hóa chất.
Tháng 9/1977: Thành lập Công ty Dầu mỏ và Khí đốt Việt Nam, gọi tắt là Petrovietnam trực thuộc Tổng cục dầu khí với nhiệm vụ hợp tác tìm kiếm – thăm dò – khai thác dầu khí với nước ngoài tại Việt Nam.
Tháng 4/1990 - Tổng cục Dầu khí Việt Nam được sáp nhập vào Bộ Công nghiệp nặng.
Tháng 6/1990 - Tổng Công ty Dầu khí Việt Nam (Vietnam Oil & Gas Corporation – Petrovietnam) được tổ chức lại trên cơ sở các đơn vị cũ của Tổng cục Dầu khí Việt Nam.
Tháng 5/1992 - Tổng Công ty Dầu khí Việt Nam tách khỏi Bộ Công nghiệp nặng và trực thuộc Thủ tướng Chính phủ nước CHXHCN Việt Nam, trở thành Tổng công ty Dầu khí quốc gia với tên giao dịch quốc tế là Petrovietnam.
Năm 1993, Luật Dầu khí được ban hành. Cũng trong năm này Petrovietnam bắt đầu triển khai xây dựng hệ thống thu gom và vận chuyển khí đồng hành từ mỏ Bạch Hổ vào đất liền phục vụ trước tiên cho Nhà máy Nhiệt điện Bà Rịa - Vũng Tàu và sau này cho Phú Mỹ.
Ngày 29/5/1995, Thủ tướng Chính phủ nước CHXHCN Việt Nam quyết định thành lập Tổng Công ty Nhà nước với tên giao dịch quốc tế là Petrovietnam.
Năm 2001 cột mốc xuất khẩu 100 triệu tấn dầu thô.
Tháng 8/2006 - Tập đoàn Dầu khí Việt Nam được Thủ tướng Chính phủ nước CHXHCN Việt Nam quyết định là Công ty mẹ - Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (gọi là Tập đoàn Dầu khí Việt Nam) theo Quyết định số 199/2006/QĐ-TTg ngày 29 tháng 8 năm 2006. Tên giao dịch quốc tế là VIETNAM OIL AND GAS GROUP; gọi tắt là Petrovietnam, viết tắt là PVN.