1952年11月，中央人民政府政务院批准建立北京石油学院。 [2]

1953年，为支持新中国的经济建设和石油工业发展，以清华大学石油系、化工系为基础，汇聚北京大学、天津大学等高校的石油石化等系科，新中国第一所石油高等院校——北京石油学院正式创立，这就是中国石油大学的前身。

1960年，跻身国务院确立的64所“全国重点大学”行列。

由于文化大革命的冲击，1969年学校迁至山东东营，更名华东石油学院。迁校造成了学校人财物的巨大损失，当时所有校舍仅是只有40000平方米的“干打垒”土房，没有实验室、图书馆和运动场。面对困难，师生们自力更生、艰苦创业，在盐碱滩地上把学校再建了起来。

1981年6月，在北京石油学院原校址内成立研究生部。

1988年，更名“石油大学”，校本部设在北京，由石油大学（北京）和石油大学（华东）两部分组成；石油大学（北京）在1989年面向全国恢复招收本科生。

1997年，学校正式进入国家“211工程”首批重点建设的高等院校行列。

2000年，学校由中国石油天然气集团公司划归教育部直属管辖，同年6月，学校成立研究生院。

2001年，矿产普查与勘探、油气井工程、油气田开发工程、油气储运工程、化学工艺等5个二级学科被评定为国家重点学科。

2003年，教育部与中国石油天然气股份有限公司、中国石油化工集团公司、中国海洋石油总公司签署共建石油大学的协议。

2005年1月，石油大学更名“中国石油大学”，石油大学（北京）也相应更名为“中国石油大学（北京）”。

2006年，学校以优秀的成绩通过教育部本科教学工作水平评估；同年，“油气资源勘探开发与转化创新平台项目”进入“国家985工程优势学科创新平台”。

2007年，“工业催化”学科和“地球探测与信息技术”学科被批准为国家重点（培育）学科，在石油石化领域优势突出。

2010年，被教育部评为“全国毕业生就业典型经验高校”。 [8] 同年加入上海合作组织大学。 [44]

2013年，加入中俄工科大学联盟。 [44]

2014年，学校的科研成果“复合离子液体碳四烷基化生产高品质清洁汽油新技术”入选“中国高等学校十大科技进展”。 [9]

2014年5月，教育部与中国石油天然气集团公司、中国石油化工集团公司、中国海洋石油总公司、神华集团有限责任公司、陕西延长石油（集团）有限责任公司等五大能源企业集团公司共建中国石油大学〔包括中国石油大学（北京）、中国石油大学（华东）〕协议正式签署。 [10]

2015年1月，中国石油大学（北京）北京工程师学院暨全国示范性联合培养基地揭牌仪式在中国石油集团钻井工程技术研究院举行。 [11] 12月，中国石油大学（北京）克拉玛依校区揭牌仪式在乌鲁木齐举行。 [12]

2017年9月，中国石油大学（北京）“双一流”建设高校名单。 [13] 同年，加入中俄综合性大学联盟。 [44]

2018年1月18日，1月18日，中国石油大学（北京）昌平区南环路15号的东校园揭牌，正式启用。 [51] 3月，学校入选教育部首批“新工科”研究与实践项目。9月，世界能源大学联盟在中国石油大学（北京）揭牌成立。12月，中国石油大学（北京）人工智能学院成立。 [4] [14-15]

2019年2月，学校成为首批“北京市知识产权示范单位” [16]

2020年9月30日，成为高校“资源环境扶贫联盟”成员。 [17]

2021年9月，学校成立碳中和未来技术学院、碳中和示范性能源学院和数智油气现代产业学院 [46] 。