中國的化工行業歷來生產廠家眾多、生產效率低下、國內競爭激烈、國際競爭力非常薄弱。為改變這一狀況，中國政府對石油化工業實施了全面重組，按生產的上下游和地域關係，將原鬆散型的中國石化總公司與原石油工業部重組成兩大集團，即中國石油天然氣集團公司和中國石油化工集團公司。中國石油化工股份有限公司就是中國石油化工集團公司的控股子公司。
中國石化的業務主要是石油的開採、銷售以及相關化工產品的生產，它與中國石油天然氣股份有限公司、中國海洋石油有限公司共同壟斷了中國大陸的石油市場。與另兩家公司相比，中國石化更注重煉油與化工業務，它是中國最大的石油製品和化工產品生產商，原油生產量位居第二。公司的產品主要有原油、天然氣、化纖、化肥、橡膠、成品油等。
2012年10月31日其子公司中國石化國際入股俄羅斯氣體加工和石化公司西布爾（SIBUR（英語：Sibur））旗下克拉斯諾亞爾斯克市合成塑膠廠（Krasnoyarsk Synthetic Rubbers Plant）25%股份加1股。
2013年2月25日中國石化斥10.2億美元（約79.5億港元）購Chesapeake Energy Corporation(CEC)所持美國密西西比油氣田項目50%股權。該項目於2012年底止平均日產3.4萬桶油。
2018年12月，中國石化於新加坡的第一間加油站正式投入運作。 [7]
2019年10月一帶一路專案中的該年最大項目-科威特巨型煉油廠完工，中國石化承建比工期提前40天交付，共有六套重型煉油設備，[8]成為中東地區最大煉油廠，能讓科威特每年增產3150萬噸石油。
2020年2月21日，中國石油化工集團今日在上清所發布公告稱，經國務院國有資產監督管理委員會批准，中國石油化工集團公司由全民所有制企業改制為國有獨資公司，名稱變為中國石油化工集團有限公司。
2020年9月23日，中國石油化工集團旗下的上海高橋石化投產高純度氫氣，這是中華人民共和國煉廠首次產出高純度氫氣[9]。
2021年10月18日，中國石化旗下的衛11儲氣庫建成注氣，這是華北最大天然氣地下儲氣庫群。 [10]
2022年8月，集團宣布，其存托股票將自行從紐交所退市。[11]2022年11月，其美國存托股份從倫交所退市。[12]