油气业务：勘探与生产、炼油与化工、销售、天然气与管道；
组织机构
工程技术服务：物探、钻井、测井、井下作业；
石油工程建设：油气田地面工程、管道施工、炼化装置建设；
石油装备制造：勘探设备、钻采装备、炼化设备、石油专用管、动力设备；
金融服务：资金管理、金融保险；
运输服务：危化品运输、特种大件运输、涉外（国外）运输，社会物流等；
新能源开发：非常规油气资源、生物质能等可再生能源
2021年，公司油气勘探业务取得5项战略突破、15项重要发现，落实了11个亿吨级石油、12个千亿立方米级天然气共23个规模储量区。公司国内全年新增探明石油地质储量104527万吨，新增探明天然气地质储量10951亿立方米。
2021年，公司国内全年生产原油10311万吨、天然气1378亿立方米，同比分别增长85万吨、72亿立方米；油气产量当量21290万吨、同比增产658万吨，再创历史新高。
2021年，公司加快对现有储气库(群)扩容达产，已建库21口扩容达产井按计划投运；冀东油田储气库群、辽河储气库群等新建项目稳步推进，公司储气调峰能力持续快速提升。全年完成注气量120亿立方米，累计调峰能力达到139亿立方米。
2021年，公司国内对外合作项目油气产量当量达到1194万吨，再创历史新高，其中原油产量285万吨，天然气产量114亿立方米。截至2021年底，公司正在执行的国内对外合作勘探开发合同29个。
公司坚持控制炼油负荷，提升化工负荷，优化产品结构，炼油化工转型升级取得新突破。航煤、润滑油基础油和石蜡产量分别增长12%、14%和13%，成品油收率同比下降1.7个百分点。
公司不断提升炼化装置平稳运行水平，全年装置运行平稳率达到99.7%。截至2021年底，公司国内共拥有大型炼化一体化企业8个，千万吨规模炼厂13个。
炼化业务着力优化产品结构，增产高端高效产品。2021年，公司成品油收率65.3%，同比降低1.7个百分点。丙烯、芳烃等高效产品产量稳步提升。公司炼厂28项主要技术经济指标中有20项优于2020年。
2011年，公司准确把握国内市场走势，灵活制定营销策略，适时调整销售节奏，成品油销售取得新进展。全年成品油销售量超过1亿吨，同比增长12.2%。其中，零售量突破8500万吨，与上年相比增幅超过19%。单站日销量同比增长7.7%，汽油销售量增幅明显，终端销售比例保持在90%左右。
2015年，公司天然气业务平稳发展，主要气区天然气产量保持稳定，重点区域管网和储气库的建设稳步推进。在天然气市场相对疲软的状况下，天然气产销量均实现小幅增长，全年销售天然气1226.6亿立方米，同比增长2.7%。截至2015年底，国内运营的油气管道总里程达到79936千米。其中，原油管道18917千米，占全国的69.8%；天然气管道50928千米，占全国的76.2%；成品油管道10091千米，占全国的46.3%。资源多元、调度灵活、安全可靠的油气供应网络基本建成。
西气东输三线
西气东输三线全长7378千米，包括1条干线和8条支线，西起新疆霍尔果斯，东至福建福州。干线全长5220千米，管径1016-1219毫米，设计压力10-12兆帕，设计输气能力300亿立方米/年，工程采取分段建设、分段投产方式进行。
液化天然气（LNG）
截至2015年，共运行LNG工厂12座，总产能700万立方米/日，2015年产量5.6亿立方米。湖北黄冈、四川广元、山东泰安等5座LNG工厂试运行，内蒙古乌海、广东肇庆LNG工厂和陕西渭南3座LNG工厂建设有序进行，建设产能合计190万立方米/日。运行LNG加气站550座，在建LNG加气站136座，全年终端销售LNG15.4亿立方米，占全国LNG汽车加气站销售量的27.3%。
国际油气业务
2011年，公司进一步优化海外资产配置，强化风险防范和管控能力，国际油气业务运作质量和效益稳步提升。
公司在海外持续推进风险勘探和滚动勘探，加大自主勘探力度，获得了一系列重要发现。乍得H区块在邦戈盆地东部新区发现油气区带。通过滚动勘探，公司在哈萨克斯坦、印度尼西亚、南美等国家和地区的合作项目取得一系列新进展。
2021年，公司立足两种资源两个市场，深化全球一体化运作，完善全球营销网络，增强海外市场营销能力，加大海外份额油气销售力度，灵活调整成品油出口计划，拓宽炼化产品海外市场，超前研判市场形势，提前筹措冬季进口气资源，保障国内能源供应。亚洲、欧洲和美洲三大国际运营中心运营管理水平持续完善，跨区、跨市、跨产品运作能力不断增强。全年完成贸易量4.9亿吨，实现贸易额2304亿美元。
2022年2月4日电，俄罗斯总统普京访华并出席北京冬奥会开幕式，国家主席习近平同普京举行会晤。访问期间，双方有关部门和企业签署了《中国石油天然气集团有限公司与俄罗斯天然气工业股份公司远东天然气购销协议》《中国石油天然气集团有限公司与俄罗斯石油股份公司低碳发展领域合作谅解备忘录》合作文件。
当地时间6月20日，中国石油天然气集团有限公司和卡塔尔能源公司在多哈签署协议，规定卡塔尔方面每年向中石油交付400万吨液化天然气（LNG），为期27年。此外，中石油将以持股形式参与卡塔尔北方气田扩容项目（NFE）。
工程技术服务是中国石油综合一体化优势的关键环节和油气核心业务的重要保障。2011年，二维地震、钻井进尺、井下作业等工作量大幅增长，特殊工艺井技术应用规模不断扩大。全年完成水平井1296口、欠平衡井350口、带压作业2292井次，同比分别增长49.5%、14.8%和41.4%，为公司国内外油气项目稳产增产提供了有力支撑。公司与国际石油公司、国家石油公司及业界同行的合作继续深化，海外高端市场开发取得新进展。
2015年，工程建设业务通过优化企业组织结构，强化项目事前统筹和风险防范，完善承包商管理等措施，加强项目管控，把方案优化贯穿到生产管理的全过程，保障重点工程建设稳步推进。公司全年共实施重点工程21项。
加强市场开发顶层设计，探索BOT、BOOT、融资+EPC、股权投资等商务模式，大力开发“一带一路”沿线市场，着力开拓外部高端市场和新兴战略市场并取得显著成效，形成了以中亚、中东、非洲、亚太、美洲等区域市场和重点国家为主的市场开发网络。
持续调整优化业务结构。2015年EPC总承包、设计、咨询等高端业务收入比重由47%提高到60%以上。品牌效应逐步显现，所属管道局、工程建设公司、工程设计公司、寰球工程公司、大庆油田工程公司连续进入ENR全球和国际承包商250强排名，昆仑工程公司成为知名的聚酯及PTA工艺技术和成套装备供应商。
海洋工程
公司具备浅海钻井、完井、固井、试采作业、井下作业、海洋工程设计和施工、船舶服务等综合一体化海上石油生产保障能力。截至2015年，拥有海上钻井及作业平台16座、各类船舶25艘。全年钻井平台动用率56.4%，作业平台动用率85%，7座平台钻井进尺过万米；动用自有船舶4217航天，4000匹以上船舶动用率79.3%。
2015年，公司借助“中国制造2025”实施的机遇，进一步加大结构调整力度，推动石油装备制造业务由生产型制造业务向产品研发、制造、销售、服务综合一体化业务转型升级。突出钻井、采油、石油钢管和动力装备等优势核心业务，加快先进高端新产品研发和产业化，提升高附加值产品比例，优化产品结构。积极拓展国际市场，海外营销网络布局日趋完善。生产制造的石油物资装备已经出口到全球81个国家和地区。
石油装备研发取得积极进展。深水钻机及钻柱自动化处理系统研究取得阶段性成果；国内首台7000米管柱自动化钻机成功投用；2500型压裂车样机完成工业性试验；105兆帕页岩气压裂采气井口装置成功应用27套；BJC-I型特殊扣套管完成下井试验；X80钢级φ1422×21.4毫米直缝、螺旋埋弧焊管完成千吨级试制；52兆帕天然气压缩机进入现场试验阶段；V型一体式压缩机完成工业性试验。
重点装备项目进展顺利。坦桑尼亚天然气处理厂及输送管线项目采用国际先进的“橇装化建站、模块化建厂”的设计理念，制定科学的管材生产计划组织生产，执行严于业主订货技术条件的精品钢管标准，海管配重管在坦桑尼亚建厂实行本地化生产。为阿联酋阿布扎比国家钻井公司（NDC）提供第二批16套钻机生产制造项目全部完成，为委内瑞拉提供14台钻机生产制造项目顺利启动。
加强海外市场开发。2015年，公司分别获得为土库曼斯坦提供10套钻机合同，为阿联酋NDC项目提供第三批12台沙漠快速移动钻机合同，使得为NDC项目提供钻机累计订单达到39台，为沙特阿美公司提供6.4万吨螺旋管合同，为埃及塞得港提供11万吨打桩管合同，为南苏丹3/7区提供潜油电泵租赁服务合同。
积极加强与国外企业开展合资合作。公司通过与德国海瑞克公司组建合资企业，提高液压钻机国产化水平，通过与法国斯伦贝谢公司合作生产压裂设备，不断提升国产压裂设备的技术性能。大力推进国际产能合作及海外设厂布局，哈萨克斯坦钢管厂等重点项目有序推进。
公司持续深化科技体制机制改革，加强顶层设计和统筹谋划，完善科技创新管理体系建设，全面提升自主创新能力。截至2022年底，公司共有95家科研院所，先后建成提高石油采收率全国重点实验室、国家能源页岩气研发（实验）中心等14个国家级科技创新平台，公司依据生产科研服务需要，建设重点实验室37个、试验基地19个和技术研发中心23个，形成了完善的科研平台体系。拥有科研人员近3万名。
公司大力实施创新驱动发展战略，瞄准重点领域重大关键技术瓶颈难题，加强核心技术攻关和前瞻性基础性战略性技术研究，加速新技术向生产力转化，在油气勘探开发、炼油化工和新材料、绿色低碳和新能源、工程技术等领域取得了以“十大科技进展”为标志的一系列丰硕成果。
公司积极推进数字化转型、智能化发展，从智能技术和产品创新等关键方向发力，将数字技术融入到油气产业链的产品、服务和流程中，将互联网、云计算、大数据、人工智能等与公司业务融合应用，着力打造智能油气田、智能炼化、智慧销售和智能工程，形成符合“数智中国石油”特色的新产业、新业态、新模式。
公司以互利共赢为宗旨，积极与国内外能源公司、机构组织、科研院所等开展科技交流与合作，共同推进行业科技进步与创新发展。
2022年，公司持续加强标准化体系建设，推动筹建全国CCUS标委会；牵头制定的6项国际标准、修订的2项国际标准正式发布。
2022年，公司全年申请国内外专利6862件，获得授权专利2625件。获第二十三届中国专利奖银奖3项，优秀奖5项。
新能源开发
截至2013年5月，公司新能源业务主要包括煤层气、油页岩、页岩气、油砂等非常规油气资源以及生物质能、风能、太阳能、地热能等可再生能源的开发利用。
金融贸易
公司金融业务主要涉及资金管理、金融保险等领域，通过全资子公司——中油资产管理有限公司和控股子公司——中油财务有限责任公司，进行资产重组、股本融资、收购兼并以及股权的投资、管理、处置等。
矿区服务
业务所及之处大多为盐碱荒滩、高原戈壁，自然条件很差。中国石油天然气集团公司秉承“奉献能源、创造和谐”的企业宗旨，认真贯彻落实科学发展观，积极推进和谐矿区建设，努力创造生产与生活、能源与环境、人与自然的和谐。不论在国内还是海外，中国石油都积极投身绿色矿区、生态和谐社区建设，开发一处就建设一处、绿化一处，营造和谐的社区环境，积极带动当地经济社会的全面发展，为公司全面协调可持续发展提供强力支撑。
商旅服务
中国石油旗下华油集团公司，是以酒店旅游为核心业务的专业化公司。阳光酒店集团以“阳光”品牌为核心，全力打造规范化、网络化、国际化的具有核心竞争力的国内领先、国际一流的酒店集团。
