石油與天然氣工程系成立于2018年3月，由原來的油氣井工程系、采油工程系、油藏工程系、油田化學系組建而成。主要負責石油工程專業建設、人才培養等工作。
石油工程專業源于清華大學石油工程系，1953年建校之初即為學校的主干專業；伴隨國民經濟發展，幾經調整和更名，1993年根據全國高等學校專業目錄，鉆井工程、采油工程和油藏工程三個專業合并為石油工程專業；2006年，獲批山東省首批高等學校品牌專業，2008年被首批批準為國家級一類特色專業，2010年被教育部列入首批“卓越工程師教育培養計劃”試點專業，2017年通過國家工程教育專業認證；連續多年被評為A+專業，國內排名第一。
石油與天然氣工程系的專任教師147人中博士學位占95%，由2名院士及長江學者、國家名師、國家杰青、973首席科學家等一流師資組成，2010年被評為國家級教學團隊。堅持“外部引進”和“內部培養”，實施教師素質提升計劃，全職引進外籍院士1人、引進外專千人1人，教師的工程化、國際化水平及教學科研能力穩步提升。
石油與天然氣工程系成立以來堅持立德樹人，把踐行社會主義核心價值觀和傳承石油精神融入教書育人全過程，為石油與天然氣工程一流學科建設提供堅強支撐；堅持以學生為中心，產學研深度融合，打造優質教學資源平臺，積極推行教學改革，完善油氣特色拔尖創新人才培養體系，引領石油與天然氣工程學科人才培養模式的發展；近兩年承擔“鉆井與壓裂虛擬仿真綜合實訓”國家虛擬仿真實驗教學項目及省部級教學改革項目17項；落實“三三三”本科教育培養體系，實現學生的多元化、個性化和最大化發展；完善專業負責人、課程負責人、主講教師的責任建設，建立課程群7個；拔尖創新人才培養質量穩步提升，創新創業教育成效突出，近兩年離校就業率超過95%，積極服務國家能源戰略，多數進入中海油、中石化、中石油、中化、延長石油等能源單位就業，成為我國石油與天然氣工程行業高層次人才培養的重要基地。