Начальный этап развития нефтеперерабатывающей промышленности характеризовался применением методов первичной перегонки нефти, при которой из нефти выделяли только те вещества, которые в ней изначально присутствуют. В дальнейшем для увеличения выхода таких ценных продуктов, как бензин, керосин, дизельное топливо, а также для улучшения их качества начали широко использовать вторичные процессы переработки нефти. Вторичн'ые процессы характеризуются применением различных термических и химических методов воздействия на продукты, выделенные из нефти при первичной перегонке.
Разработка теоретических основ и промышленное внедрение вторичных процессов переработки нефти началось в первой половине XX века. Были изучены основные принципы производства бензина с помощью термического крекинга тяжелых нефтяных фракций, а в 1913 г. в США введена в эксплуатацию первая установка термического крекинга газойлевых фракций под давлением.
В 20—30 гг. XX века в связи с увеличением степени сжатия в автомобильных двигателях повысились требования к антидетонационной стойкости бензинов. Для получения высокооктановых бензинов предназначались созданные в этот период процессы каталитического крекинга средних дистиллятов, алкилирования непредельных углеводородов изобутаном, полимеризации алкенов Сз—С4.
В дореволюционной России переработку нефти вели на мелких предприятиях, число которых превышало 60. Большинство заводов принадлежало иностранным капиталистам.
После Великой Октябрьской социалистической революции нефтеперерабатывающая промышленность в нашей стране пережила второе рождение. Совет Народных Комиссаров 20 июня 1918 г. издал декрет о национализации нефтяной промышленности. Для управления отраслью был создан Главный нефтяной комитет при отделе топлив ВСНХ — Главнефть. Большой вклад, в развитие нефтяной промышленности внесли видные партийные и хозяйственные руководители С.М. Киров, Г.К. Орджоникидзе, А. П. Серебровский.
На восстановление разрушенных в период гражданской войны предприятий и дальнейшее развитие нефтеперерабатывающей промышленности Советское государство выделяло значительные средства. Например, в 1923—1924 гг. на эту отрасль приходилось 37,2 % всех затрат на капитальное строительство. К 1925 г. восстановление нефтеперерабатывающей промышленности было в основном завершено, а с 1927 г. началось строительство новых предприятий.
Стремительно развивалась нефтеперерабатывающая промышленность в годы первых пятилеток. В 30х годах были введены в эксплуатацию новые нефтеперерабатывающие заводы в районах Урала и Поволжья — в Уфе, Ишимбае, Сызрани, Куйбышеве.
Строительство новых заводов было связано не толькос освоением нефтяных месторождений Второго Баку, но. и с внедрением нового принципа размещения предприятий по переработке нефти. Если до этого времени нефтеперерабатывающие заводы (НПЗ) строили только в районах добычи нефти, то теперь предприятия стали сооружать в местах массового потребления нефтепродуктов. Было доказано, что эффективнее передавать по трубопроводам или по железной дороге сырье — нефть, чем развозить готовые нефтепродукты дальним потребителям. К концу второй пятилетки (1937 г.) объем переработки нефти увеличился по сравнению с 1927 г. почти в три раза и составил 26,4 млн т.
В годы Великой Отечественной войны многие нефтеперерабатывающие заводы были эвакуированы в восточные районы страны; работники отрасли героически трудились, обеспечивая фронт и тыл горючим и смазочными материалами.