Được thành lập từ năm 1994, với tiền thân là Công ty Dầu nhờn trực thuộc Tổng Công ty xăng dầu Việt Nam, sau 20 năm thành lập, Tổng Công ty hoá dầu Petrolimex đã trở thành một trong những đơn vị dẫn đầu trong lĩnh vực sản xuất, kinh doanh các sản phẩm hoá dầu. Riêng doanh số năm 2013 của Tổng Công ty đạt hơn 6.100 tỷ đồng, tăng gấp 24 lần so với năm 1995 và đã đóng góp nhiều thành tích vào kết quả kinh doanh hợp nhất của Tập đoàn xăng dầu Việt Nam.
Thay mặt lãnh đạo Đảng và Nhà nước, Phó Chủ tịch nước Nguyễn Thị Doan đã trao tặng Huân chương Độc lập hạng Ba cho Tổng Công ty hoá dầu Petrolimex. Đây là phần thưởng cao quý nhằm ghi nhận những đóng góp của tập thể cán bộ, nhân viên tổng công ty vào sự nghiệp xây dựng và bảo vệ Tổ quốc.