19世紀中期，加拿大的亨特(T. S. Hunt，1861)和美國的懷特(I. C. White，1885)先後提出了石油儲量的“背斜理論”，使油氣探井的選擇開始以地質理論為指導。
20世紀初，1917美國石油地質學家協會(AAPG)的成立和《AAPG公報》的出版，對石油地質學的誕生起到了重要的推動作用，至今仍是專業學科中規模最大、範圍最廣、最活躍的學術團體。埃蒙斯的專著《石油地質學》(埃蒙斯，1921)是標誌石油地質學獨立發展的裏程碑。在隨後的幾十年裏，幾部有影響的石油地質學著作相繼問世，其中包括前蘇聯顧(имгубкин，1937)的《石油理論》和美國學者A. I .列沃森(A. I. Levorsen)的《石油地質學》等，這是石油地質學各個領域的總結和巨著，標誌著石油地質學的系統化
20世紀60年代初，歐美壹批石油地質學家和地球化學家從幹酪根的自然熱降解和熱模擬實驗中得到了相同的結果，將晚期有機生油理論發展成為具有獨立證據的石油成因理論，為生油潛力的定量計算提供了可靠的新方法。在此基礎上，沈積埋藏史、熱(成熟)史、生烴史、流體壓力史和排烴史的研究逐步深入。在這個過程中，天梭和威爾特(B.P .天梭& D.H .韋爾特，1978，1982)合著了《石油形成與分布》，亨特(J. D .亨特，1979)合著了《石油地球》。
1980出版的《AAPG地質研究第十輯》和1987出版的《沈積盆地油氣運移集》表明，“油氣運移”已成為當時油氣地質研究的重點，也是油氣資源定量評價和預測的最薄弱環節。20世紀80年代後期以來，沈積盆地數值模擬成為當代油氣地質學領域又壹活躍的前沿熱點，是新的地學思維與當代計算機技術相結合的產物。它能以壹定的逼真度定量再現含油氣盆地形成演化的全部動力學過程及伴隨的生烴、排烴和運移聚集過程，模擬這些過程的時間分配關系和瞬態變化，從而將油氣地質從靜態的單因素定性描述提升到動態的、綜合的定量模擬。它為含油氣盆地的早期評價提供了壹種有效的方法。借助地震剖面資料，可以早期預測生烴時間、生烴門限和生烴潛力，模擬油氣運聚過程。特別是對於那些未勘探的邊遠地區、地表條件困難的地區或偏遠地區，可以利用衛星遙感信息或機載雷達提前預測油藏類型和資源量。鑒於油氣盆地數值模擬技術在降低勘探風險、提高勘探成功率方面的巨大效益，國際石油行業和跨國公司競相將其納入優先發展的戰略研究領域。
65438-0990年，美國南卡羅來納大學教授勒什及其合作者率先發表專著《定量方法的盆地分析》。油氣盆地研究的核心問題都與油氣運聚的量化有關。1991年，l . b . Magoon & w . g . Dow(1991)主編的《AAPG62》專輯出版，標誌著“石油系統”概念的形成。
新中國成立後，孟二生1951年寫《石油地質學》；1959梁步興、潘忠祥主編的《石油地質原理》；隨後，北京石油學院和西北大學也編寫出版了相應的教材，為培養我國大批優秀的油氣地質專業人才發揮了重要作用。20世紀80年代以來，中國石油地質理論高速發展。《石油地質學》，西北大學石油地質系編，1979，地質出版社出版。張萬選教授、張厚福教授及其同事分別在石油工業出版社1981、1989和1999出版了三版《石油地質學》。1983王尚文教授主編的《中國石油地質學》在石油工業出版社出版；潘忠祥教授主編的《石油地質學》1986地質出版社出版。陳榮書主編的《石油與天然氣地質學》由中國地質大學出版社出版，編號1994。這些教材和著作反映了國內外油氣地質研究的階段性進展，符合我國油氣工業快速發展的要求。
在石油地質學中，壹般認為天然氣是石油生成過程中的伴生物，但隨著天然氣勘探的深入，發現了大量的工業氣藏。天然氣的成因是多種多樣的，有有機油型伴生氣、石油裂解氣、生物氣和煤成氣，也有無機生物氣。運移、聚集和保存條件也不同於油藏。因此，從20世紀80年代開始，就有人主張把天然氣地質學這壹新學科從石油地質學中分離出來(Visocki，1982)。自20世紀70年代以來，國內外發表了許多與天然氣地質學有關的著作，包括陳榮書(1986，1989)，波茨(1988)，戴金星(1989)等。這些著作的出版無疑將促進這壹學科的發展。