1888年5月、内藤久寛・山口権三郎らが新潟で有限責任日本石油会社を設立、1894年に日本石油株式会社へ改称した。新潟の油田を起点に国産原油の採掘と精製を担う民族系石油会社として、外資系のスタンダード・ヴァキューム系列と並び立った。1921年10月の宝田石油、1941年6月の小倉石油との合併で、戦時統制下の業界基幹会社の位置を固めた。 1905年12月の赤沢銅山買収に始まる久原財閥系の日鉱グループは、石油と非鉄を同一資本で扱う独自構造をとった。1999年4月に日本石油と三菱石油が合併し平成石油再編の先駆を作り、2010年4月の新日本石油と新日鉱HDの統合でJXホールディングスが発足。2015年3月期の純損失2,772億円など連続赤字を経て、2017年4月の東燃ゼネラル石油吸収で国内元売シェアは50%超に、2020年6月にENEOS HDへ商号を一本化した。 2023年10月の和歌山製油所精製機能停止で原油処理能力を193万BDから164万BDへ29万BD削減、跡地はSAF製造拠点へ転換。2025年3月にJX金属を東証プライムへ分離上場し、1905年以来の石油と非鉄の同一資本体制に120年越しの節目が付いた。2024年12月の齊藤猛社長解任後、2025年3月就任の宮田知秀CEO下で第4次中計が動き出した。石油と非鉄を同一資本で抱える事業構造を脱炭素時代にどう組み替えるかが、2040年CO₂半減の目標と並ぶ最大の経営課題となる。

1911年6月、出光佐三が福岡県門司で出光商会を興し、機械油販売から事業を始めた。漁船燃料や満鉄向け納入を足掛かりに満州・朝鮮・台湾・華北へ販路を広げ、1932年時点で年間売上は1,000万円を超えた。1940年3月に出光興産株式会社を東京で設立、敗戦で海外財産を失っても従業員を1人も解雇せず各種の事業で糊口をしのぎ、1949年4月に元売業者へ復帰。 1953年5月、英・イラン国有化紛争のさなかに自社タンカー日章丸二世をイランへ派遣し原油を直接輸入、国際メジャーの圧力を押し切る独立路線を業界史に残した。1957年3月の徳山製油所第一期工事で元売から精製までの一貫体制を築き、1962年の業界自主生産調整に反対して1963年11月に石油連盟を脱退、1966年10月の調整撤廃まで単独路線を続けた。1962年に出光タンカー、1964年に出光石油化学を分離し垂直統合を広げた。 2006年10月の東証一部上場まで約40年、民族系最大手として独立を貫いた。2014年の徳山製油所原油処理機能停止、原油急落でFY14は営業赤字1,048億円・純損失1,380億円。2016年12月の昭和シェル石油株31.3%取得と2019年4月の完全子会社化で業界4社体制を実質2社体制へ塗り替え、独立にこだわった会社が業界再編の主導者へ転じた。2023〜2030年度のCN投資約8,000億円を次期中計で打ち出す。

1939年9月、新潟県下の精油業者8社が合同して大協石油株式会社が東京で設立された。資本金125万円、戦時下の石油統制のもと業者を集約して精製能力を確保する国策的再編の一環であり、コスモエネルギーHDの最も古い源流に位置する。1943年7月に四日市製油所を完成させ中核拠点とし、1949年5月に東京・大阪の各証券取引所に上場、同年8月に一般石油製品元売業の登録・認可を受けて精製から元売までの垂直統合を制度的に承認された。 1986年4月、大協石油・丸善石油・旧コスモ石油の3社が合併し商号をコスモ石油株式会社に変更した。戦後石油業界における最大級の再編で、首都圏の大協、関西の丸善、中間統合で生まれた旧コスモが一つの企業として再編された。1967年12月の3社共同アブダビ利権協定（翌1968年1月アブダビ石油設立）で取得した中東上流権益と、3社統合で得た規模を併せ持つ独立系石油元売としての立ち位置を整えた。2015年10月にはコスモ石油が単独株式移転によりコスモエネルギーホールディングスを設立し、純粋持株会社制へ移行することで、石油精製の構造改善と新領域投資を並行で動かす経営の自由度を高めた。 2022年6月就任の山田茂社長は第7次連結中期経営計画（2023〜2025年度）でHRX・DX・GXの3基盤テーマを掲げ、製油所稼働最大化と「Oil & New」二軸への移行を進めている。2024年12月にアブダビのヘイル油田を本格増産開始、堺製油所のSAF（廃食用油由来）製造装置を完工・運転開始、2024年4月の岩谷産業との資本業務提携で水素分野へ踏み込んだ。一方で旧村上ファンド系（シティインデックスイレブンス等）からの株式保有圧力への対応が続き、エネルギートランジション期に積み上げてきた事業基盤をどう次代に引き継ぐかが、今後の最大の経営課題となる。