中国石油天然气股份有限公司石油化工研究院（以下简称石化院）是根据集团公司党组和股份公司管理层的决定，于2006年6月在原股份公司炼油化工技术研究中心基础上组建的直属炼化科研机构，是集团公司炼化领域唯一直属研究院。2019年12月，为适应发展需要，成功注册“中国石油集团石油化工研究院有限公司”，具备独立法人资质。总部位于北京，下设兰州、大庆2个研究中心，北京院部设新材料、生物化工和氢能3个研究所，8个研究室、7个职能处室、5个支持服务中心。截至2020年底，全院共1091名员工，其中院首席专家9名、技术专家13名，教授级高级工程师45名，高级工程师523名。高级职称占比53%。硕士以上学历占49%，博士占13%。聘请院士1名，设立院士工作室1个。
   石油化工研究院主要从事炼油化工催化剂和工艺研发，新能源新材料技术研发，合成树脂和合成橡胶等新产品开发，清洁生产技术开发、产品标准化和质量检测、知识产权与决策支持研究等。建院以来，紧密围绕集团公司炼化业务发展需求，全力推进新技术研发、推广应用、新产品开发等工作，炼油全系列催化剂、化工重点催化剂研、清洁生产技术取得突破，自主技术覆盖85%炼油过程、65%化工过程，累计开发100余个高附加值化工新产品，新技术推广应用到国内外50余家企业170余套工业装置，有效支撑了炼化转型升级和高质量发展。
   全院固定资产22亿元。拥有包括原子级分辨球差校正透射电镜、24通道加氢催化剂制备系统等在内的高水平的装置设备1000多台套；院内设有催化裂化催化剂及制备工艺等4个石化行业重点实验室，清洁燃料等5个集团公司重点实验室，聚烯烃催化剂与工艺工程等5个关键领域实验基地，国家合成橡胶质量监督检验中心等4个国家级技术机构，炼化清洁生产中心等6个集团公司级技术机构，合作建设石油石化污染物控制与处理国家重点实验室，拥有一流水平的实验设备和科研平台。同时，与国内知名高校和科研院所开展合作研究，与炼化企业和工程设计单位构建技术合作联盟，与重点客户建立产品开发战略联盟，并广泛开展国际交流，积极拓展国际业务，加快推进“世界一流石化院”建设进程。
   2020年，共获集团公司及省部级以上科技奖励18项。其中，“催化裂化汽油超深度加氢脱硫-烯烃分段调控转化成套技术”获国家科技进步二等奖。主导发布国际标准5项，国家/行业/团体标准17项、集团公司企业标准2项、院标准22项，首次获得中国标准化协会科学技术奖1项、集团公司优秀标准奖特等奖1项。申报专利326项，授权214项（其中发明专利占86%）。