Tổng công ty Dầu khí Việt Nam Petrovietnam (nay là Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam) được thành lập vào năm 1975. Là công ty dầu khí quốc gia, Petrovietnam được giao nhiệm vụ quản lý khai thác, phát triển và gia tăng giá trị nguồn tài nguyên dầu khí của đất nước. Theo Luật Dầu khí, Petrovietnam thực hiện
các hoạt động dầu khí trong nước bao gồm thăm dò, khai thác, nhập khẩu và xuất khẩu dầu thô, nguyên liệu thiết bị dầu khí, cung cấp dịch vụ, vận chuyển, tàng trữ, chế biến và phân phối các sản phẩm dầu khí.
Hoạt động thăm dò dầu khí tại Việt Nam bắt đầu từ năm 1960 tại bồn trũng Hà Nội. Giếng khoan thăm dò đầu tiên được khoan vào năm 1969 và đến năm 1975 đã phát hiện ra mỏ khí thiên nhiên Tiền Hải C có trữ lượng 1,2 tỷ m3 ở tỉnh Thái Bình.
Từ 1981, mỏ khí Tiền Hải được khai thác phục vụ cho công nghiệp địa phương.
Ở ngoài khơi Trung và Nam Bộ, các công ty dầu khí nước ngoài đã tiến hành khảo sát địa vật lý vào cuối những năm 60. Mobil đã khoan thăm dò Bể Cửu Long vào năm 1974 và Bể Nam Côn Sơn vào năm 1975 và đã phát hiện dầu ở hai giếng khoan mỏ Bạch Hổ và Đại Hùng. Sau khi thống nhất đất nước, các công ty dầu nước ngoài Agip, Deminex... đã khoan và phát hiện dầu và khí tại một số giếng nhưng các phát hiện này được đánh giá lúc đó là không đủ lớn để thẩm lượng tiếp.
Từ 1980-1988 là thời kì phát triển quan trọng của ngành dầu khí Việt Nam với việc xí nghiệp liên doanh Vietsopetro được thành lập và khai thác dầu từ mỏ Bạch Hổ.
Vietsopetro cũng đã tiến hành khảo sát địa chấn và khoan thăm dò ngoài khơi trong thời gian này và đã phát hiện hai mỏ dầu Đại Hùng và Rồng. Các hoạt động này đặt nền tảng cho công tác tìm kiếm thăm dò dầu khí sau này.
Năm 1987, thực hiện chính sách mở cửa của Đảng và Chính phủ nhằm thu hút các Công ty dầu khí quốc tế đầu tư tìm kiếm thăm dò dầu khí tại Việt Nam, Petrovietnam đã ra quyết định thành lập Công ty PV-II, là tiền thân của Công ty Thăm dò - Khai thác Dầu khí (PVEP) với nhiệm vụ giám sát các hợp đồng thăm dò, tìm kiếm dầu khí triển khai tại thềm lục địa phía Nam.
Ngày 17/11/1988 Tổng cục Dầu khí đã ra Quyết định số 1195/TC-DK thành lập Công ty Petrovietnam I (PV-I), là tiền thân của Công ty Giám sát các hợp đồng chia sản phẩm (PVSC) với nhiệm vụ giám sát các hợp đồng thăm dò, tìm kiếm dầu khí triển khai tại thềm lục địa phía Bắc .
Từ cuối năm 1987, khi Luật đầu tư nước ngoài được ban hành, hàng loạt các công ty dầu quốc tế đã đầu tư vào thăm dò khai thác ở Việt Nam, chủ yếu từ châu Âu và châu Á. Sau khi Mỹ xoá bỏ cấm vận và bình thường hoá quan hệ với Việt Nam, nhiều công ty dầu nổi tiếng của Mỹ quay lại Việt Nam đầu tư đặc biệt là Mobil, Occidental, Unocal và Conoco. Trong giai đoạn 1990 - 1992, số lượng các hợp đồng chia sản phẩm (PSC) được ký kết tăng cao (thời điểm cao nhất lên tới gần 40 hợp đồng), quy mô và phạm vi hợp đồng có nhiều thay đổi. Để nâng cao hiệu quả công tác quản lý, giám sát các hợp đồng PSC cũng như công tác thăm dò và khai thác dầu khí, Tổng Công ty Dầu khí Việt Nam quyết định đổi tên Công ty PV-I thành Công ty Giám sát các hợp đồng chia sản phẩm (PVSC) chuyên giám sát các hợp đồng PSC, công ty PV-II thành Công ty Thăm dò Khai thác Dầu khí (PVEP) có trách nhiệm thăm dò và khai thác dầu khí khu vực mỏ Đại Hùng. Nhờ các phát hiện mới, con số trữ lượng dầu khí Việt Nam tăng lên đáng kể.
Với mục tiêu đầu tư tìm kiếm, thăm dò, khai thác ra nước ngoài, ngày 14/12/2000 Tổng Công ty Dầu khí Việt Nam đã có Quyết định số 2171/QĐ-HĐQT thành lập Công ty Đầu tư - Phát triển Dầu khí (PIDC) trên cơ sở tổ chức lại Công ty PVSC với chức năng đầu tư tìm kiếm thăm dò khai thác dầu khí khu vực phía Bắc Việt Nam và ở nước ngoài. Chức năng giám sát các hợp đồng PSC khu vực phía Nam được giao lại cho công ty PVEP.
Ngày 04/05/2007, Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam đã ra quyết định số 1311/QĐ-DKVN thành lập Công ty mẹ - Tổng công ty Thăm dò Khai thác Dầu khí trên cơ sở tổ chức lại hai công ty PVEP và PIDC. Tổng công ty Thăm dò Khai thác Dầu khí hoạt động theo mô hình công ty mẹ - công ty con, trong đó Công ty mẹ - Tổng công ty Thăm dò Khai thác Dầu khí là Công ty Trách nhiệm hữu hạn Nhà nước một thành viên do Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam nắm giữ 100% vốn điều lệ. Việc thành lập Tổng công ty Thăm dò Khai thác Dầu khí nhằm thống nhất hoạt động sản xuất kinh doanh trong lĩnh vực thăm dò, khai thác dầu khí ở Việt Nam và ở nước ngoài.
Hiện nay PVEP đang giám sát, quản lý, tham gia góp vốn 42 đề án thuộc phạm vi các hợp đồng PSC, JOC, BC; đề án khai thác dầu khí tự lực cũng như các nhiệm vụ tìm kiếm thăm dò khác theo phân công của Tập đoàn.
PVEP đang tham gia và là nhà điều hành trong 10 đề án khai thác với 8 đề án cùng với các nhà thầu dầu khí nước ngoài hay công ty liên doanh điều hành chung với phần tham gia góp vốn của PVEP từ 12,5 – 50%. Hai đề án còn lại là Đại hùng và Tiền hải với phần vốn góp của PVEP là 100%.
Tổng công ty PVEP cũng đang hết sức tích cực trong việc tìm kiếm các cơ hội thăm dò và khai thác dầu khí ở nước ngoài. Hiện nay có 10 đề án đang hoạt động ở