煉油廠于1955年5月籌建，于1958年12月正式成立。1963年4月28日，第一套常減壓蒸餾裝置一次投產成功。以后相續建成熱烈化及產品精制等裝置。至1966年，該廠已初步形成了具有100萬噸／年原油加工能力的燃料型煉油廠。隨著煉油工藝技術不斷進步，一級市場對石油需求的迅猛增長，從七十年代開始，該廠陸續興建了第二套常減壓、催化裂化、延遲焦化、鉑重以及潤滑油系統籌主要裝置，初步形成加工能力500萬／噸的燃料、潤滑油型煉油廠。進入八十年代，該廠又相續興建加氫裂化、加氫精制、重油催化和第三套常減壓及其配套系統，從而使該廠成為原油加工能力達850萬噸／年，煉油技術比較先進，加工手段比較齊全的特大型燃料、潤滑油型煉油廠。1997年至1998年，“1350”改擴建立體裝置、一年加工能力達120萬噸的第三套催化裂化和500萬噸的第四套常減壓蒸餾裝置相續建成投產，使該廠煉油能力達到1350萬噸／年，成為全國第一個千萬噸級煉油廠。

茂名石化乙烯是1992年8月8日經國務院批準列入國家“八五”計劃的特大型石油化工項目，總投資150多億元，1993年11月正式開工建設，1996年8月建成并一次投料試車成功，1999年被廣東省列為工業旅游觀光點。

茂名石化現已發展成為我國含硫原油加工基地和南方最大的石油化工基地。該企業擁有以1350萬噸／年原油加工和38萬噸／年乙烯生產為主體，包括設計科研、建筑安裝、機械制造、港口和鐵路運輸等門類的生產經營系統；工藝技術先進，配套設施齊全，年銷量額超過200億元，出口創匯1億多美元，居全國500家最大工業企業前列。2002年，實現銷售收入258.39億元，利潤4.7億元，上繳國家各種稅金17.16億元，創造了公司歷史最好水平，為國家和地方財政做出了積極的貢獻。隨著中國石化的重組改制，茂名石化現分為上市部分中國石油化工股份有限公司茂名分公司、中國石化茂名煉油化工股份有限公司和存續部分中國石化集團茂名石化公司。

茂名石化大力推進科技進步，加強企業管理，采用國際標準組織生產，300多種牌號的“南海牌”石油化工產品在國內市場享有盛譽。茂名石化先后獲得廣東省先進企業、文明單位、中國石化集團公司經營管理先進單位、全國企業管理優秀獎、全國思想政治工作優秀企業及全國精神文明建設工作先進單位等榮譽。

茂名石化地處廣東沿海，面向東南亞，背靠大西南，擁有全國第一套25萬噸級單點系泊原油接卸系統和吞吐能力達1700萬噸／年的現代化港口碼頭，原油輸入、產品輸出方便快捷。在“十五”計劃內，茂名石化將把原油加工能力擴大到1800萬噸／年，乙烯生產能力擴大到80萬噸／年，力爭建設成具有國際經濟規模和競爭力的石化工業基地。