과학이 발달한 오늘날에도 석유의 성분이 탄화수소라는 것은 밝혀졌지만 그 기원에 대해서는 확고한 정설이 없다. 그러나 역사 이전 시대의 상황을 짐작하는 것은 어렵지 않다. 성서에도 이 불가사의한 물질에 대해 기술되어 있다. “모세가 보니 분명히 떨기나무는 불이 붙어 있었으나, 불타고 있는 것은 없었다.”(출애굽기)

석유가 오래전부터 이용되어온 사실은 고서에서 찾아볼 수 있다. 성서에 보면 역청이 노아의 방주에 방수용으로 쓰였다고 기록되어 있으며, B.C 3000년경 메소포타미아 지방의 수메르인은 이미 아스팔트를 재료로 조각상을 만들었고, 바빌로니아인도 아스팔트를 건축에 접착제로 사용한 기록이 남아 있다. 또 고대 이집트에서 미이라를 싸는 천에도 아스팔트를 사용했다고 한다. 또한 석유를 상처에 발라 피를 멈추게 하거나 발열을 멈추게 하는 등 ‘만병통치약’으로 사용되었다고 한다. 이처럼 석유 용도는 대체로 약용, 도장용, 포장용이나 종교적인 의식에 사용되는데 불과하여, 말하자면 호기심의 범위를 벗어나지 못했었다.

“이 기름은(특히 불순물이 제거되고, 증류에 의하여 수분이 분리된다면) 연료용으로서도 우수하다. 그것은 또한 폭죽을 만들고, 대포에 사용할 화약을 제조할 경우에 아마씨기름 대신에 사용할 수도 있다. 왜냐하면 이 기름은 아마씨기름보다도 더 격렬하게 타오르기 때문이다.”

일부 지역에 국한된 석유의 용도는 별도로 해도 유럽에서는 아마씨기름, 올리브유 같은 식물로 어둠을 밝혔으며, 1850년 전후하여 천연광유로부터 램프유를 얻기 위한 연구가 활발히 전개되어 등유를 제조하기 위한 제유소가 유럽과 미국에 많이 등장하였다. 오늘날 등유를 케로신(Kerosene ; 그리스어로 밀납을 의미)이라고 부르는 것은 그 당시 역청질의 석탄으로부터 제조한 등유에서 연유한다.

원유에서 얻어진 등유가 등화용으로 우수하다는 것이 알려지면서 크게 환영을 받아 등유램프의 사용이 19세기 말에 전 세계에 크게 보급되었다. 따라서 이 시대의 석유정제는 땅속에서 채취한 석유를 증류하여 등유를 생산하는 것이었다. 등유를 생산하게 되면 불태워버리지 않으면 안 되는 ‘잉여제품’, 즉 휘발유와 같이 폭발의 위험성이 있는 것, 또는 중질유분(重質溜分)이라고 부르는 검고 끈적끈적한 제품이 부산물로 생산되었다. 보다 좋은 등유를 얻기 위한 탐구는 석유산업을 탄생시키는 데에 큰 역할을 했다. 그러나 그후 만약 석유가 등화 이외의 용도를 발견하지 못했다면, 석유산업은 급격히 쇠퇴하였을 것이다.

1885년에 독일의 다임러는 ‘폭발기관’이라고 부르는 휘발유로 작동하는 내연기관을 완성하여 특허를 신청하였다. 등유로 발동기를 작동케 하려는 시도도 있었으나, 등유는 당시 수요가 많아 가격이 비쌀 뿐 아니라 효율성면에서도 충분하지가 않았다. 발동기 내부에서 공기와 기화휘발유의 혼합가스를 전기불꽃으로 연소시켜 에너지를 발생시키고, 더우기 폭발이 2행정 또는 4행정 싸이클로 규칙적으로 반복되는 이 휘발유기관은 그후 석유를 가장 많이 소비하는 기계가 되었다. 처음에는 가치 없고 귀찮은 부산물로 간주되던 휘발유는 불과 수년 사이에 원유에서 가장 많이 요구되는 석유제품이 되었다. 그로부터 7년 뒤에 루돌프 디젤은 중질유의 분사작용에 의한 디젤엔진의 특허를 신청하였다. 이와 같이 각종 용도의 석유제품이 값싸게 대량으로 생산되었기 때문에 그것을 연료로서 사용할 수 있는 기계의 개발이 촉진되었으며, 이에 따라 자동차·항공기·선박과 같은 거대산업이 탄생되었다.

그러나 석유연료가 경제성과 편의성에도 불구하고 각국에서 열렬하게 환영을 받은 것은 아니었다. 영국·독일과 같이 산업·경제력, 나아가서 정치적인 기반을 광산자원 위에서 확립시킨 석탄이 풍부한 유럽의 각국은 딜레마에 빠졌다. 신연료인 석유는 먼 나라에서 구해와야 하는 대신에 석탄은 자국 내에 풍부하게 존재하고, 광부의 일자리도 마련해 줄 수 있다는 이점을 가지고 있었다. 이들 나라들은 현존하는 자원과 설비를 이용한다는 방침하에 석유로의 전환을 반대하였다.

특히 영국에서 석탄 대 석유의 논쟁이 가장 격렬하게 일어나 석유의 채용이 지연되었다. 당시 ‘해가 지지 않는 제국’으로 국위를 떨치던 영국은 영토확장을 최강의 해군력에 의지하고 있었다. 그러나 선박용 연료에서 다른 나라보다 신연료 도입이 지연된다면 해군력의 약화는 필연적이었다. 이에 위기감을 느낀 신임 해군장관은 ‘석유위원회’를 설치하고 왕립해군에 중유버너를 채용함과 동시에 석유매장량 확보에 노력을 기울였다. 그것이 가시적인 성과로 나타난 것이 1913년에 해군장관이 된 윈스턴 처칠이 ‘앵글로 페르시안 석유’(후에 BP로 개칭)의 주식 과반수를 취득하여 안정적인 석유 공급원을 확보한 것이다. 이를 계기로 영국 해군은 신연료 도입지연을 만회하는데 커다란 진전을 이룰 수 있었다.

그러나 당시만 해도 자동차는 아직 스포츠맨 등 특수층의 값비싼 완구에 지나지 않았다. 우선 도로가 불완전한 상태였고, 자동차의 가격이 비쌌기 때문에 대중차가 유럽의 생활환경 속에 파고 들어간 것은 1910년에서 1912년경이었다. 이 무렵인 1912년에는 원유에 열을 가하여 끓는점에 따라 휘발유, 등유, 경유, 중유를 차례로 생산해내는 최초의 현대식 정유공장이 미국에 세워짐에 따라 다양한 종류의 석유제품 공급이 가능해졌다. 비록 석유산업이 램프용 기름을 공급하기 위해 출발하였다고는 하지만, 자동차 연료 수요출현에 의해 그 성장의 계기를 가져왔다. 1920년대 후반 이후 정유공장에 공급되는 연료의 40% 이상이 휘발유 생산에 이용됐다.

제1차 세계대전은 산업계에 대규모적이고 비약적인 발전을 가져다 주었다. 20세기의 전쟁에서 석유가 수행한 역할은 가장 중요한 것이었다. 그 이유는 자동차·선박·비행기가 전략적 병기로 사용되었기 때문이다.

한편 기계의 발달과 더불어 빼놓을 수 없는 것이 윤활유와 그리이스의 진화였다. 즉 석유에서 얻을 수 있는 윤활유와 그리이스는 기계에 있어서 연료보다도 더 중요한 역할을 수행한다. 왜냐하면 발동기 연료를 합성하는 것은 가능하지만 어떠한 동·식물성의 그리이스도 현대의 기계가 요구하는 광물성 윤활유의 품질에는 결코 따라올 수가 없기 때문이다.

산업시대 초기에는 석유에서 등화용과 난방용 그리고 적은 양의 윤활용 기름을 찾는데 몰두하였다. 반세기 가까운 기간 동안 등유의 시대가 계속되었다. 그 후 간단한 증류에 의하여 주요 제품인 휘발유, 등유, 경유, 중유, 윤활유를 이용하는 법을 터득하는 ‘행복한 발견의 시대’가 계속되었다. 이 시대에는 ‘잔사유’의 이용방법을 발명하기 위해 거대한 연구소를 잇달아 건설하는 경쟁시대이기도 하다. 사람들은 오랫동안 석유를 가열하여 각각의 비점에 따라서 상이한 유분을 얻는 것만으로 만족하였다. 초기의 정유공장은 원유 중에 포함되어 있는 여러 가지의 유분을 분리하는 것을 주요 목적으로 하고 있었다.

석유는 탄소원자와 수소원자의 복잡한 화학구조를 갖고 있는데 분자 등의 원자의 수와 위치를 바꾸기만 해도 어느 화합물에서 다른 화합물로, 또한 수 천 가지의 새로운 화합물로 변화시킬 수가 있다. 분자구조를 여러 가지로 변화시켜 무한히 계속되는 게임과 같이 석유로부터 수많은 제품을 만들 수 있는 것은 압력의 변화 및 촉매의 작용에 의한 것이다. 

1차 대전이 끝나자 구미의 석유회사들은 석유로부터 화학제품을 제조하는 것을 검토하기 시작했다. 이미 다른 물질로부터 제조되고 있었으나, 석유에서 가장 값싼 원료를 추출하는 것과 합성제품을 제조하는 것이 그들의 목적이었다. 1930년대에 ‘나일론 섬유’와 합성고무가 발견되었다. 1933년에 네오프렌(합성고무 : 전선피복, 구두 밑창 등에 쓰임), 1935년에는 세계에서 가장 내구성이 좋은 합성고무의 원료인 부나N(타이어에 쓰임)이 발명되었다.

제2차 세계대전 전의 수년간은 석유화학의 발명 또는 응용이 계속 이루어져 “세계는 석유로 장식되었다”라는 슬로건이 실감나는 시대였다. 레이온 또는 인견이라고 부르는 직물을 제조하기 위한 아세톤이 1936년 이후 대량 생산되었다. 나일론은 1940년에 듀폰사가 스타킹으로 처음 선보여 선풍적인 인기를 끌었다. 글리콜(용제와 부동액의 원료)과 합성글리세린이 발명되었으며, 더욱 많은 제품 특히 화학비료가 2차 대전이 끝날 때쯤 실험실에서 만들어졌다.