1952年11月，中央人民政府政務院批準建立北京石油學院。 [2]

1953年，為支持新中國的經濟建設和石油工業發展，以清華大學石油系、化工系為基礎，匯聚北京大學、天津大學等高校的石油石化等系科，新中國第一所石油高等院校——北京石油學院正式創立，這就是中國石油大學的前身。

1960年，躋身國務院確立的64所“全國重點大學”行列。

由于文化大革命的沖擊，1969年學校遷至山東東營，更名華東石油學院。遷校造成了學校人財物的巨大損失，當時所有校舍僅是只有40000平方米的“干打壘”土房，沒有實驗室、圖書館和運動場。面對困難，師生們自力更生、艱苦創業，在鹽堿灘地上把學校再建了起來。

1981年6月，在北京石油學院原校址內成立研究生部。

1988年，更名“石油大學”，校本部設在北京，由石油大學（北京）和石油大學（華東）兩部分組成；石油大學（北京）在1989年面向全國恢復招收本科生。

1997年，學校正式進入國家“211工程”首批重點建設的高等院校行列。

2000年，學校由中國石油天然氣集團公司劃歸教育部直屬管轄，同年6月，學校成立研究生院。

2001年，礦產普查與勘探、油氣井工程、油氣田開發工程、油氣儲運工程、化學工藝等5個二級學科被評定為國家重點學科。

2003年，教育部與中國石油天然氣股份有限公司、中國石油化工集團公司、中國海洋石油總公司簽署共建石油大學的協議。

2005年1月，石油大學更名“中國石油大學”，石油大學（北京）也相應更名為“中國石油大學（北京）”。

2006年，學校以優秀的成績通過教育部本科教學工作水平評估；同年，“油氣資源勘探開發與轉化創新平臺項目”進入“國家985工程優勢學科創新平臺”。

2007年，“工業催化”學科和“地球探測與信息技術”學科被批準為國家重點（培育）學科，在石油石化領域優勢突出。

2010年，被教育部評為“全國畢業生就業典型經驗高校”。 [8] 同年加入上海合作組織大學。 [44]

2013年，加入中俄工科大學聯盟。 [44]

2014年，學校的科研成果“復合離子液體碳四烷基化生產高品質清潔汽油新技術”入選“中國高等學校十大科技進展”。 [9]

2014年5月，教育部與中國石油天然氣集團公司、中國石油化工集團公司、中國海洋石油總公司、神華集團有限責任公司、陜西延長石油（集團）有限責任公司等五大能源企業集團公司共建中國石油大學〔包括中國石油大學（北京）、中國石油大學（華東）〕協議正式簽署。 [10]

2015年1月，中國石油大學（北京）北京工程師學院暨全國示范性聯合培養基地揭牌儀式在中國石油集團鉆井工程技術研究院舉行。 [11] 12月，中國石油大學（北京）克拉瑪依校區揭牌儀式在烏魯木齊舉行。 [12]

2017年9月，中國石油大學（北京）“雙一流”建設高校名單。 [13] 同年，加入中俄綜合性大學聯盟。 [44]

2018年1月18日，1月18日，中國石油大學（北京）昌平區南環路15號的東校園揭牌，正式啟用。 [51] 3月，學校入選教育部首批“新工科”研究與實踐項目。9月，世界能源大學聯盟在中國石油大學（北京）揭牌成立。12月，中國石油大學（北京）人工智能學院成立。 [4] [14-15]

2019年2月，學校成為首批“北京市知識產權示范單位” [16]

2020年9月30日，成為高校“資源環境扶貧聯盟”成員。 [17]

2021年9月，學校成立碳中和未來技術學院、碳中和示范性能源學院和數智油氣現代產業學院 [46] 。