1955年12月、政府の石油資源開発5カ年計画に基づき、前身となる特殊会社「石油資源開発株式会社」が設立された[1]。半額以上（設立時約56%）を政府が出資し、戦後の日本がエネルギー資源の8割超を海外原油の輸入に頼るなか、国内の石油・天然ガス探鉱開発を国家事業として担う体制が組まれた[2]。1958年の見附油田を皮切りに新潟・秋田で油ガス田の発見を続けたが、いずれも商業規模は小さく国内の需給を一変させるには至らなかった[3]。1967年10月には石油開発公団へ業務が承継されて特殊会社は解散し、1970年4月に民間会社として再発足する[4]。二度の組織転換を経てなお、政府の高い保有比率と官僚OB社長の慣行は引き継がれ、実質的な国策会社の性格が維持された。

1996年3月、石油資源開発は新潟・仙台間ガスパイプライン（総延長251km）を完成させ、資源を発見・生産する事業者から輸送・販売まで担うインフラ事業者へと事業構造を変えた[5]。以後も新潟のガス田から首都圏・北陸へ供給網を広げ、2003年12月には東京証券取引所市場第一部へ上場し、国策会社の性格を保ちつつ資本市場で評価を受ける民間上場企業へ移行する[6]。1966年の北スマトラ海洋以来の海外権益への関与も上場後の財務体力で加速し、インドネシア・イラク・英領北海で取得を相次いで実行した[7]。だが2015年3月期に売上高3,049億円・経常利益548億円を記録した業績は、油価急落で翌2016年3月期に経常利益47億円へ落ち込み、在来型生産者の油価変動への脆さを露呈した。

2015年以降、石油資源開発は天然ガスを上流から下流まで一貫して扱うインフラ事業者となった。2015年4月設立の福島ガス発電を持分法適用関連会社として迎え、2018年3月には相馬LNG基地が操業を始めた[8]。業績は油価に揺れ、2022年3月期にカンゲアン鉱区の減損などで純損失310億円を計上したが、翌2023年3月期は経常利益831億円へ回復する。2024年4月、通商産業省OBが社長を継いできた1955年以来の慣行を破り、1982年入社の山下通郎が初の生え抜き社長に就いた[9]。山下社長は海外E&Pのコア資産構築を最優先に掲げ、2026年4月の「JAPEX経営計画2026-2035」で海外成長投資累計1兆1,000億円を計画し、政府保有株約38%と向き合う[10]。