Petrol endüstrisi, petrol sanayi veya petrol ve doğal gaz endüstrisi, küresel olarak petrol ve petrol ürünlerinin aranması, çıkarılması, rafine edilmesi, taşınması ve pazarlanması süreçlerini kapsayan terimdir. Sektörün en büyük hacme sahip ürünleri arasında mazot ve benzin bulunmaktadır. Petrol ayrıca ilaçlar, solventler, gübre, pestisit ve plastik gibi birçok kimyasal ürün içinde ham madde niteliği taşımaktadır.

Petrol birçok sanayi için oldukça önemlidir ve endüstriyel olarak yapılandırılması uygarlığın yaşamı için önem taşımaktadır. Bu nedenle pek çok ülke için devamlılığı kritik bir husustur. Dünya’daki enerji tüketiminin büyük çoğunluğunu oluşturan petrolün %53’ü Orta Doğu’dan, %32’si ise Avrupa ve Asya’dan elde edilmektedir.