进入新世纪，尤其是入世以来，我国炼油工业在国内经济快速发展，石油需求强劲增长的推动下，克服了扩大开放使竞争加剧、国际油价高企、油价倒挂致政策性亏损、国际金融危机、国际能源地缘政治局势不稳等国内外多种因素的影响与冲击，规模化、基地化、炼化一体化建设快速发展，炼油能力迅速扩张，结构调整成效显著，炼厂布局有所改善，油品质量快速提升，综合竞争力不断增强，已形成了多种所有制并存、内外资兼有的国内炼油业多元化竞争新格局。
炼油能力快速增长，多元化市场主体格局形成并发展，炼油布局调整优化
进入新世纪以来，我国炼油工业借深化改革、扩大开放、加紧调整的东风，通过改扩建和新建相结合，总体规模迅速扩大。全国炼油能力从2000年的2.77亿吨，增至2005年底的3.25亿吨，年均增长3.2%；“十一五”末的2010年更猛增至5.04亿吨，后5年的年增长率高达9.2%，呈规模加速扩张态势。但进入“十二五”的第一年2011年，我国炼油能力的增速已有所放缓，当年仅增2650万吨，达5.4亿吨，比上年仅增5.2%。我国已成为仅次于美国的全球第二大炼油国，也成为进入新世纪以来世界炼油能力增长最快的国家。
从炼油工业市场主体情况看，我国现已形成了以中国石化、中国石油为主导，中国海油、中国化工、中国兵器等国企、延长等地方炼油企业和一些民企参加，道达尔、埃克森美孚、沙特阿美等外国大公司参股参与的多元化市场主体格局。其中，中国石化2011年的炼油能力2.472亿吨，占全国总能力的45.8%；中国石油1.693亿吨，占31.4%；中国海油2700万吨，占5.0%；地方炼油9600万吨，占17.8%。中国石化和中国石油合计占全国总能力77.2%，在国内占主导地位。截至2011年底，外资权益炼油能力825万吨，占1.5%。
从炼油布局看，我国炼油工业能力迅速增长的同时注重以消费市场为重心调整优化布局，区域分布构成有了可喜的变化。2011年，我国油品主要消费市场的环渤海湾、长三角和珠三角地区的合计炼油能力为3.67亿吨，约占全国总炼能的68%。其中，环渤海湾炼油能力2.1亿吨，约占全国总炼能的39%；长三角0.82亿吨，约占15%；珠三角0.75亿吨，约占14%。2010年与2005年相比，原先炼油能力不足，需大量调入的消费大区华南的炼能所占比例增加了5.4个百分点；能力过剩需外运的东北地区的能力占比例下降了5.8个百分点；消费量较低、油品需外调的西北地区在有新建扩建炼能的基础上仍实现了所占比例的稍有下降；随着中部地区发展振兴规划的推进，华北和华中地区所占比例有一定提高，分别增加了2.6和0.08个百分点。炼油能力一直很低的西南地区现正建设2座大炼厂，不久以后情况将会逐步改观。
规模大型化、炼化一体化、产业集群化、基地化建设不断推进，集约化程度不断提高
我国炼厂规模近年不断扩大，装置大型化程度持续提升。中国石化和中国石油分别从2000年的世界第4和第8大炼油公司升至2011年世界第2和第5大炼油公司，其旗下的一些炼厂规模已跻身世界级规模之列。2007年底，中国石化镇海炼化以2000万吨的炼油能力（现已达2300万吨），2008年大连石化改扩建后炼油能力达到2050万吨，先后跻身炼油能力超2000万吨的世界级炼厂之列。到2011年底，中国石油和中国石化炼厂平均规模已分别达到706万吨和651万吨，分别较2005年的522万吨和453万吨有明显增加。
目前，中国石化初步形成了环渤海湾、长三角和珠三角三大炼厂集群，千万吨级炼厂合计能力已占其总能力的58%；茂名石化正在进行改扩建，炼油能力即将从1350万吨扩至2550万吨，不久也将迈入世界级大炼厂行列。中国石油已形成由大连石化、大连西太平洋、抚顺石化、吉林石化、辽阳石化、兰州石化、独山子石化、广西石化等组成的八大千万吨炼油生产基地。我国已拥有20座千万吨级炼油基地，较2005年的8座增加了12座，炼油能力已占全国总能力的45.9%。另有一批千万吨级炼油基地已获批并投入建设。现有的20座千万吨级炼油基地中有14座与乙烯装置相伴，较好地发挥了炼化一体化的产业链协同效应和产业集群的带动辐射作用。同时，我国当前各类炼油装置的规模也呈大型化趋势：常减压蒸馏装置最大的规模达1200万吨，加氢裂化400万吨，延迟焦化420万吨，均是世界目前同类装置中规模最大之一。
装置结构不断调整，深加工、精加工、不同原油加工适应能力不断提升，节能减排工作不断推进
为了应对国际油价的高企，增加含硫原油等的加工能力，满足国内油品质量标准持续升级的要求，提高炼油经济效益，增强炼油企业的国际竞争力，进入新世纪以来，我国炼油装置结构一直在不断调整，深加工、精加工能力和不同原油加工适应能力在不断提高。我国炼油工艺中原先偏高的催化裂化能力占原油一次加工能力的比例不断下滑，从2000年的36.1%降至2005年32.5%，2011年降至30.25%。生产清洁石油产品的深加工加氢装置增加迅猛，已成为我国炼油工艺的主力装置之一。加氢精制能力占原油一次加工能力的比例已比2000年的15.6%升至2005年的22.5%，2011年更上升至32.2%。加工重油需要的延迟焦化能力占原油一次加工能力的比例从2000年的7.7%升至2011年的14.3%。我国含硫原油年加工能力已达8000多万吨，高酸原油加工能力突破2000万吨。我国已基本掌握现代炼厂全流程技术，具备利用自有技术建设单系列千万吨级大炼厂的能力，并拥有一批具有自主知识产权的核心技术和专有技术，部分技术出口国外。
“十一五”以来，根据国家的要求，我国炼油工业进一步大力推进节能减排工作，已取得了明显的成效。中国石化、中国石油两大集团均提前完成了“十一五”节能减排目标。两大集团2010年的平均综合商品率较2005年提高了1.6%；炼油综合能耗较2005年平均下降12.8千克标油/吨。2010年，中国石化外排废水COD排放量较2005年下降了18%，SO2排放量同比下降了35%；中国石油外排COD排放量同比下降了33%，SO2排放量同比下降了13%。表1为入世10年我国炼油业的数据统计。
克服国内外各种不利因素影响，实现原油加工量和成品油产量持续双增长，较好满足了国内需求
得益于国内经济的快速发展，汽车产销量的井喷式增长，交通运输的突飞猛进，进入新世纪以来我国成品油消费量呈持续快速增长的态势，汽煤柴油消费总量从2000年的1.11亿吨增至2005年的1.69亿吨，2010年的2.446亿吨，11年增长了1.2倍，年均增长率达7.4%，但后5年增长快于前5年。2011年国内汽煤柴油消费总量进而升至2.63亿吨，同比增长7.5%，增速同比有所回缓。表2为2000～2011年我国汽煤柴油消费量统计。由表2可见，过去的12年中柴油的消费量增长最快，汽油次之，煤油其后。
需求的强劲增长有力地推动我国炼油业克服“9·11”事件、国际油价高企、油价倒挂致政策性亏损和国际金融危机等的影响和冲击，原油加工量和成品油产量呈持续双增长态势，接连创历史新高。原油加工量从2000年的2.108亿吨增至2005年的2.862亿吨，2010年的4.228亿吨，2011年增至4.48亿吨，12年增长了1.12倍，年均增长率6.5%。汽煤柴油总产量从2000年的1.20亿吨增至2011年的2.67亿吨，增长了1.28倍，年均增长7.1%，且也呈加速增长之势（详见表3）。
由表2和表3可见，过去12年中汽煤柴油的产量增长与消费增长大致同步，较好地满足了国内的油品需求。
由于国内需求旺盛，使我国主要成品油汽煤柴油的进出口情况从2000年的净出口680万吨转为2010年的净进口763万吨，2011年净进口量虽有所减少，但仍达约480万吨。
油品质量升级步伐加快，油品结构调整取得进展，替代燃料发展方兴未艾
步入新世纪以来，为降低汽车尾气排放对环境的影响，顺应国内外对环境保护趋严的要求，我国炼油业加大加快了油品质量升级的步伐，用不到10的时间走过了欧美国家20～30年走过的道路。继2000年实现汽油无铅化之后，2003年将汽油含硫量要求从2000mg/L降至800mg/L，柴油含硫量要求从5000mg/L降到2000mg/L，对汽油中苯、烯烃和芳烃等含量首次提出了限制要求。之后，从2005年7月1日起，我国汽柴油含硫量要求进一步降至500mg/L。2008～2010年，京沪穗三地已先后执行相当于欧Ⅳ排放标准的车用汽柴油地方标准，硫含量要求均降至50ppm。2010年7月1日起，在全国范围内车用汽油质量开始执行国Ⅲ标准，硫含量要求降至150ppm。2011年由于国内炼油企业出现政策性亏损，一些炼厂升级改造技术措施的完成需要一个过程，下半年柴油供应偏紧，且柴油用户面比汽油更广、更复杂，给升级置换工作带来一定难度，因此原定于2011年7月1日起全国供应符合国Ⅲ标准柴油的计划被迫推迟至2012年1月底在全国范围内的高速公路、省道等加油站推开，柴油含硫量因此进一步降至350ppm。同时全国国Ⅳ标准汽油也将推迟至2014年元旦起在全国普遍供应使用。
在此期间，我国炼油工业持续进行产品结构的调整优化，轻质油的比例进一步提升，在燃料油产量降低的同时，增加化工轻油的产量，高标号清洁汽油、高档润滑油等高附加值产品比例大幅度提高。2010年中国石化和中国石油两大公司轻质油收率均超过了75%。中国石油“十一五”期间高标号汽油在所产汽油中所占比例从39%提升到67%，高档润滑油在润滑油中所占比例从41%升至67%。全国已拥有至少120多万吨加氢法生产APIⅡ、Ⅲ类润滑油的能力。中国石化2010年底高标号汽油生产比例达到93.34%，比上年提高4.04个百分点，生产化工轻油比上年增长了30.2%。两大公司的生产柴汽比也根据市场需求的情况和消费柴汽比适时进行调整。
2004年以来，国际油价的波动高企促使替代燃料在包括我国在内的全球快速发展。我国各种替代燃料产量逐年增加，推广面逐步展开，电动汽车已起步发展。总体看，汽油替代明显快于柴油。2010年我国燃料乙醇产量已达180万吨左右，当年乙醇汽油消费量已占全国汽油消费总量的1/4，黑龙江、吉林、辽宁、河南、安徽五省全境及河北、山东、江苏、湖北的27个地市已基本实现车用乙醇汽油替代普通汽油。我国已成为在巴西、美国之后第三大生物燃料乙醇生产国和应用国。甲醇用于汽油调合生产甲醇汽油正在着手开始试行中。“车用燃料甲醇”和“车用甲醇汽油（M85）”两个国家标准已于2009年分别正式颁布实施，甲醇汽油在边克服一些技术经济问题的同时已开始在浙江、山西、陕西三地试点应用。煤制油现正在逐步探索前行，目前国内已投产或在建的煤制油项目能力已达168万吨，重要的煤制油示范工程神华108万吨直接液化煤制油项目已于2010年初投产。全国已有多个天然气汽车重点推广城市推广CNG汽车，全国燃气汽车已有100多万辆。生物柴油调合燃料（B5）国家标准已于2011年2月正式实施；2010年11月中国海油6万吨生物柴油装置投产后，率先在海南省一些加油站试点销售；中国石油以小桐子油脂为原料研制生产的航空生物燃料已在我国首次航空飞行中应用成功。目前全国以地沟油、榨油厂油渣及油料作物为原料的生物柴油产能已超过200万吨。此外，在国家近年来相继颁布的利好政策激励下，我国电动汽车的发展已开始部署并全面启动。总体看，我国替代燃料的发展仍处于起始阶段，替代比例不太高，一些技术经济和发展中的问题仍待逐步解决。