專業公司
勘探與生產分公司、煉油與化工分公司、銷售分公司、天然氣與管道分公司、工程技術分公司、工程建設分公司、裝備制造分公司。
油氣田企業
大慶油田有限責任公司、遼河油田分公司、新疆油田分公司、華北油田分公司、大港油田分公司、西南油氣田分公司、長慶油田分公司、吉林油田分公司、塔裏木油田分公司、吐哈油田分公司、青海油田分公司、玉門油田分公司、冀東油田分公司、浙江油田分公司、中油勘探開發有限公司、中石油煤層氣有限責任公司、大慶石油管理局、遼河石油勘探局、新疆石油管理局、華北石油管理局、大港油田集團有限責任公司、四川石油管理局、長慶石油勘探局、吉林石油集團有限責任公司、吐哈石油勘探開發指揮部、天然氣勘探開發公司、阿姆河天然氣公司、南美公司、尼羅河公司、哈薩克斯坦公司、南方石油勘探開發有限責任公司。
煉化企業
大慶石化分公司、吉林石化分公司、撫順石化分公司、遼陽石化分公司、蘭州石化分公司、烏魯木齊石化分公司、寧夏石化分公司、獨山子石油化工總廠、大慶煉化分公司、大連石化分公司、錦州石化分公司、錦西石化分公司、哈爾濱石化分公司、前郭石化分公司、大港石化分公司、華北石化分公司、呼和浩特石化分公司、遼河石化分公司、長慶石化分公司、克拉瑪依石化分公司、慶陽石化分公司、寧夏煉化分公司、廣西石化分公司、大連西太平洋石油化工有限公司、四川石化有限責任公司、華東化工銷售分公司、華北化工銷售分公司、中石油東北煉化工程有限公司、東北化工銷售分公司、西北化工銷售分公司、化工與銷售西南分公司、化工與銷售華南分公司、大慶石油化工總廠、吉化集團公司、撫順石油化工公司、遼陽石油化纖公司、蘭州石油化工公司、烏魯木齊石油化工總廠、獨山子石油化工總廠、大連石油化工公司、錦州石油化工公司、錦西煉油化工總廠、吉林燃料乙醇有限責任公司。
銷售企業
東北銷售分公司、西北銷售分公司、 燃料油銷售分公司、潤滑油銷售分公司、遼寧銷售分公司、四川銷售分公司、廣東銷售分公司、內蒙古銷售分公司、北京銷售分公司、上海銷售分公司、黑龍江銷售分公司、河北銷售分公司、新疆銷售分公司、山東銷售分公司、陜西銷售分公司、吉林銷售分公司、江蘇銷售分公司、甘肅銷售分公司、河南銷售分公司、湖北銷售分公司、浙江銷售分公司、雲南銷售分公司、重慶銷售分公司、湖南銷售分公司、安徽銷售分公司、廣西銷售分公司、福建銷售分公司、大連銷售分公司、山西銷售分公司、天津銷售分公司、寧夏銷售分公司、貴州銷售分公司、青海銷售分公司、江西銷售分公司、西藏銷售分公司、大連海運銷售分公司。
管道儲運企業
管道分公司、西氣東輸管道（銷售）分公司、西部管道分公司、中石油北京天然氣管道有限公司、華北天然氣銷售分公司、華中天然氣銷售公司、唐山液化天然氣項目經理部、大連液化天然氣項目經理部、江蘇液化天然氣項目經理部、中石油昆侖天然氣利用有限公司、西部管道有限責任公司、中亞天然氣管道有限公司、昆侖燃氣。
工程技術服務企業
東方地球物理勘探有限責任公司、測井有限公司、海洋工程有限公司、西部鉆探工程有限公司、長城鉆探工程有限公司、渤海鉆探工程有限公司、川慶鉆探工程有限公司。
工程建設企業
天然氣管道局、工程建設公司、工程設計有限責任公司、中國寰球工程公司、中國昆侖工程公司。
裝備制造企業
技術開發公司、濟南柴油機廠、寶雞石油機械有限責任公司、寶雞石油鋼管廠、渤海石油裝備制造有限公司。
科研及事業單位
勘探開發研究院、規劃總院、石油化工研究院、經濟技術研究院、鉆井工程技術研究院、安全環保技術研究院、管材研究所、廣州培訓中心、大連培訓中心、審計服務中心、北京石油管理幹部學院、石油工業出版社、中國石油報社。
直屬單位
中國石油天然氣運輸公司、對外合作經理部、北京油氣調控中心、管道建設項目經理部、煉化工程建設項目部、信息技術服務中心、咨詢中心、物資公司、中俄合作項目部。
國際事業有限公司
中油財務有限責任公司、中油資產管理有限公司、中國華銘國際投資有限公司、天然氣運輸公司、中國華油集團公司、華油北京服務總公司、天然氣香港有限公司、北京華昌置業有限責任公司、中石油(北京)科技開發有限公司、中國石油學會、中國石油企業協會