Råolje ble destillert av persiske kjemikere, med klare beskrivelser gitt i Islam håndbøker slik som Muhammad ibn Zakarīya Rāzi (854-925). Gatene i Bagdad var brolagt med tjære, avledet fra petroleum som ble tilgjengelig fra naturlige felt i regionen. I det 9. århundre, oljefelt ble utnyttet i området rundt moderne Baku, Aserbajdsjan., Disse feltene ble beskrevet av Islam geograf Abu al-Hasan ‘Ali al-Mas’ūdī i det 10. århundre, og av Marco Polo i det 13. århundre, som beskrevet resultatet av de brønnene som hundrevis av skipslaster. Arabiske og persiske kjemikere også destillert råolje for å produsere brennbare produkter til militære formål.
Før det nittende århundre, petroleum var kjent og utnyttet i ulike former i Babylon, Egypt, Kina, Filippinene, Roma og langs det Kaspiske Hav., Den moderne historien av petroleumsvirksomhet sies å ha begynt i 1846 da Abraham Gessner av Nova Scotia, Canada utviklet en prosess for å produsere parafin fra kull. Kort tid etterpå, i 1854, Ignacy Lukasiewicz begynte å produsere parafin fra hånd-gravd olje brønner nær byen Krosno i Polen. Den første store olje-raffineriet ble bygget i Ploesti, Romania i 1856 med rikelig olje tilgjengelig i Romania.
I Nord-Amerika, den første olje-brønnen ble boret i 1858 av James Miller Williams i Ontario, Canada., I Usa, petroleumsvirksomheten startet i 1859 da Edwin Drake fant olje i nærheten av Titusville, Pennsylvania. Bransjen vokste sakte på 1800-tallet, i hovedsak produserer for olje, parafin lamper. I begynnelsen av det tjuende århundre, innføring av forbrenningsmotor og dens bruk i biler skapt et marked for bensin som var drivkraften for ganske rask vekst av petroleumsvirksomhet. De tidlige funn av petroleum, som de i Ontario og Pennsylvania snart var overskredet av store olje «bommer» i Oklahoma, Texas og California.,
Før andre Verdenskrig i begynnelsen av 1940-tallet, mest olje raffinerier i Usa besto bare av råolje destillasjon enheter (ofte referert til som atmosfærisk destillasjon av råolje enheter). Noen raffinerier hadde også vakuum destillasjon-enheter, samt termisk cracking enheter som visbreakers (viskositet breakers, enheter for å senke viskositeten av oljen). Alle de mange andre raffinering prosesser som er omtalt nedenfor, ble utviklet under krigen, eller innen et par år etter krigen., De ble kommersielt tilgjengelig innen 5 til 10 år etter at krigen tok slutt, og den globale petroleumsindustrien opplevd svært rask vekst. Drivkraften for at veksten i teknologi og i antall og størrelse av raffinerier over hele verden var den økende etterspørselen for bil-bensin og fly drivstoff.
I Usa, for ulike komplekse økonomiske og politiske grunner, bygging av nye raffinerier kom til en virtuell stoppe i ca 1980., Imidlertid, mange av de eksisterende raffinerier i Usa har fornyet mange av sine enheter og/eller bygget add-on enheter for å: øke deres råolje behandlingskapasitet, øke oktan vurdering av deres produkt bensin, lavere svovel innhold av deres diesel og hjem oppvarming drivstoff som er i samsvar med miljømessige reguleringer, og i overensstemmelse med miljø luftforurensning og vann forurensning krav.