1956年7月，中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院创建。

20世纪60年代，石科院研制开发成功了中国炼油史上“五朵金花”，即：“流化床催化裂化”、“催化重整”、“延迟焦化”、“尿素脱蜡”、“新型催化剂和添加剂”。实现了中国现代炼油技术从无到有的突破。

20世纪70年代，石科院研制开发了“提升管催化裂化工艺”、“分子筛催化裂化催化剂”、“半再生催化重整工艺”、“双金属重整催化剂”、“航空润滑油新产品”等技术，保持了中国炼油技术的发展势头。

20世纪80年代，石科院整建制进入刚成立的中国石化，在这一时期持续开发重油加工、催化加氢等二次加工技术以及高等级石油产品，在全国范围内实现了中国现代炼油骨干技术、催化剂、添加剂基本自给。石科院开始向石油化工领域延伸，并先后成立专利管理部门、基础研究室、工艺工程发展部、情报和软课题室等机构。

20世纪90年代，石科院以获国家发明一等奖的催化深度裂解工艺（DCC）及催化剂为代表的催化裂化家族技术，以石科院首创、被国外专家誉为是现今世界生产低硫低芳烃柴油的三大新技术之一的中压加氢改质工艺为代表的加氢技术，以评为1995年全国十大科技成就之一的新型ZRP分子筛为代表的系列分子筛技术，以及重油加工组合工艺技术、低压组合床重整技术、新溶剂芳烃抽提技术等，一大批重大工业技术应运而生。

1996年，石科院成立研究生党支部。

1999年，中石化急需清洁汽油的生产技术时，石科院根据中国汽油的组成特点，成功地开发出多产异构烷烃的催化裂化MIP技术、生产满足欧Ⅲ排放标准汽油组分并增产丙烯的CGP技术、降低催化裂化汽油烯烃含量的GOR系列催化剂、催化汽油加氢异构降烯烃RIDOS技术、催化汽油选择性加氢脱硫RSDS催化剂等众多技术，并在中国石化炼厂获得大面积推广应用。

2002年，中国石化炼油继续教育中心成立。

2007年，国家科技部批准建立石油化工催化材料与反应工程国家重点实验室，2012年通过验收。

2009年，石科院成立油煤共炼矩阵组。

2010年1月，挂靠在石油化工科学研究院的“国家石油产品质量监督检验中心”以及“中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院石油产品检验实验室”接受了中国国家认证认可监督管理委员会（CNCA）和中国合格评定国家认可委员会（CNAS）评审组的资质认定和实验室认可三合一的现场复评审。5月5日CNCA、CNAS正式向中心批准签发新的证书、标识。

2012年，石科院开始筹备AS9100C质量管理体系的建设工作，2014年12月开始试运行。

2013年9月，石科院成立煤转化研究室。

2015年，石科院高效环保芳烃成套技术获国家科技进步特等奖，生物航煤首次商业载客飞行圆满成功，新开发的LTAG技术获得量大面广的工业推广应用，特种润滑油品助力抗战胜利70周年大阅兵，通用润滑脂获得国产大飞机首飞装机准入通行证，优质针状焦生产技术填补国内空白，配方原油、SHMP技术、IHCC技术、烟气脱硫脱氮、RMD技术、高性能低成本加氢催化剂、分子筛材料基因数据库建设、新型催化材料、环氧丙烷绿色化生产等关键技术取得突破。

2015年6月，获评“首都文明单位”荣誉称号。

2016年1月，石科院通过AS9100C-2009航空质量管理体系认证，正式成为国际航空航天质量协调组织（IAQG）的注册供应商。