1928年10月、実吉雅郎らが東京市麹町区に日本揮発油株式会社を設立した[1]。米ユニバーサル・オイル・プロダクツ社からダブス式熱分解プロセスの特許権を買って石油精製業を目指したが、大津の製油所建設を昭和恐慌で断念する。そこで特許の使用許可を国内石油会社へ売るプロセス・ライセンシング、すなわち自ら製油所を持たず知恵を売る商売へ計画を変え、創業期の財務を支えた[2]。1934年に海軍燃料廠へ装置を建設するうちに図面を引く技術者が育ち、1943年には設計料収入が特許使用権収入を逆転する[3]。戦後は1952年に米社と再提携し、1958年には旭硝子との共同出資で触媒化成工業を設立して触媒・機能材という第二の柱を得た[4]。

国内製油所建設の特需が一巡し、1968年から日揮は海外プロジェクトの積極受注へ方針を転じた[5]。1972年に約250億円で受注したアルジェリア製油所は洪水や賃金高騰とランプサム契約が重なって約50億円の赤字を生み、減配と賞与カットに追い込まれる[6]。それでも海外を捨てず、1976年に社名を日本揮発油から日揮へ改め、同じアルジェリアでガスプラント「モジュールⅠ・Ⅱ」を1,450億円で受注した[7]。1985年のプラザ合意後の円高で1986年3月期から4期連続の営業赤字に沈むと、1988年に渡辺英二が社長に就き、海外調達比率を10〜20%から50%へ引き上げる構造転換に着手する[8]。1989年度の受注高は前年比2.8倍の6,010億円へ伸び、1991年に営業黒字へ復した。

2000年代は資源価格の上昇で中東・東南アジアのLNG・石油精製案件が急増した。連結売上高は2003年3月期の3,780億円から2014年3月期に6,758億円へ拡大し、2012年3月期には営業利益率12.0%の過去最高に達する[9]。2004年に旭硝子から触媒化成工業を完全取得し、2008年に発足させた日揮触媒化成の触媒・機能材事業が、受注変動の大きい本業を下支えする第二の柱となった[10]。しかし2014年以降の原油急落でランプサム契約の弱点が表面化し、2017年3月期は営業損益が215億円の赤字へ転落する[11]。この赤字を受けて日揮は2019年10月に持株会社体制へ移り、商号を日揮ホールディングスへ改めて海外エンジを日揮グローバル・国内エンジを日揮へ承継分離した[12]。