从建国初期的1950年代开始勘探，到1970年由兰州军区按照国务院、中央军委70、81号文件，正式组建兰州军区长庆油田会战指挥部；指挥部机关起初设于甘肃省庆阳地区(今庆阳市)宁县长庆桥村(今长庆桥镇)。
1971年3月1日迁至甘肃省庆阳地区庆阳县(今庆阳市庆城县)北关。
1983年经石油工业部(今中国石油天然气集团公司)批准，更名为长庆石油勘探局。
1998年8月公司勘探局机关及其附属科研单位整体搬迁至陕西省西安市北郊－未央区张家堡街道办事处东部，未央路与凤城四路十字以东，取名为兴隆园小区。
1999年7月，企业重组改制，主要分为中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司(长庆油田的业务主体)、中国石油天然气股份有限公司长庆石化分公司(原长庆油田咸阳助剂厂)（上市部分）、长庆石油勘探局（未上市部分，但人数占原长庆油田的多半）三家企业；其次为，原长庆油田测井业务部分整合为中国石油集团测井有限公司长庆事业部；原长庆油田物探业务部分整合为中国石油集团东方地球物理勘探有限公司长庆研究院。
2000年1月1日起，长庆油田公司正式独立运行。
2008年3月，中国石油天然气集团公司决定对“长庆石油勘探局”进行分化重组，将其钻井工程业务相关机构与四川石油管理局相应部分的业务进行了整合，组建为中国石油川庆钻探工程公司，其余大部分划归中国石油长庆油田分公司，对外仅保留“长庆石油勘探局”法人资格。也就是说，2008年3月以后，长庆油田其实又成为一个企业―中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司。
长庆油田年产油气当量跃上1000万吨用了33年；从2003年到2007年12月，只用了短短四年时间就实现了年产量从1000万吨到2000万吨的大跨越。而跃上3000万吨/年和4000万吨/年分别只用了2年，2012年，年产油气当量跨上4500万吨历史新高点，达到4504.99万吨，超越大庆油田4330万吨油气当量。
长庆油田公司所处的鄂尔多斯盆地是中国第二大沉积盆地，面积37万平方公里，横跨陕、甘、宁、内蒙古、晋五省区，蕴藏着丰富的矿产资源。其中，石油资源量为128.5亿吨，天然气资源量为15万亿立方米，被称为“满盆气，半盆油”。
公司的主营业务是在鄂尔多斯盆地及外围盆地进行石油天然气及共生、伴生资源和非油气资源的勘查、勘探开发和生产、油气集输和储运、油气产品销售等。矿产资源登记面积25.78万平方公里,跨越5省区，登记地域范围7个盆地，占中油股份公司总登记面积的14%，位居中国石油第二位。
长庆油田的油气储量快速增长，每年给国家新增一个中型油田，中国陆上最大产气区和天然气管网枢纽中心，原油产量占全国的1/10，天然气产量占全国的1/4。
2009年长庆油田油气当量突破3000万吨，超过胜利油田成为国内第二大油气田，2011年长庆油田年产油气当量突破4000万吨，达到4059万吨，为实现年产油气当量5000万吨、建设“西部大庆”目标打牢了基础。
2015年3月27日，中石油长庆油田原油泄漏， 数百米山沟变油河。
2019年，长庆油田年生产油气当量攀上5701万吨新高点，比上年净增239万吨。不仅实现5000万吨第七年稳产，还打破了2014年5545万吨的最高历史纪录。
2020年12月27日，中国石油长庆油田年产油气当量突破6000万吨大关，标志着中国建成了年产油气当量6000万吨级特大型油气田，石油工业新的里程碑由此诞生 。其中原油2451.80万吨、天然气445.31亿立方米，创造了我国油气田产量历史最高纪录。
长庆油田分公司拥有4个研究院/中心和10个研究所。
研究院/研究中心
1、勘探开发研究院（公司直属）
2、油气工艺研究院（公司直属）
3、苏里格气田研究中心（ 公司直属）
4、超低渗透油藏研究中心（公司直属）
研究所
1、第一采油厂采油工艺研究所
2、第一采油厂地质研究所
3、第二采油厂采油工艺研究所
4、第二采油厂地质研究所
5、第三采油厂采油工艺研究所
6、第三采油厂地质研究所
7、第四采油厂地质工艺研究所
8、第一采气厂采气工艺研究所
9、第一采气厂地质研究所
10、第二采气厂地质工艺研究所
长庆油田公司为了吸引外资，引进技术，学习管理，加快鄂尔多斯盆地油气勘探开发，开展对外科技合作与交流（公司机关部门专门设立有“对外合作部”），不断和国际市场接轨，不断扩大对外开放的范围，不断拓展对外科技合作交流的领域，通过对外经济技术合作与交流，引进了一大批先进技术设备，在油气勘探开发领域中，先后与美国、英国、荷兰、加拿大、德国、法国、日本、独联体、欧共体等10多个国家和地区进行经济技术交流和合作，提高了油气田勘探开发的整体技术水平。截止2000年底，长庆油田公司提出石油天然气国际国内合作区块14个，总面积15481.4平方千米。
