กรมเชื้อเพลิงธรรมชาติ มีหน้าที่บริหารจัดการในการให้สัมปทานการสำรวจ การผลิต การเก็บ รักษา การขนส่ง การขาย และการจำหน่ายปิโตรเลียม วิเคราะห์ วิจัย ประเมินศักยภาพ ปริมาณสำรอง และพัฒนาแหล่งเชื้อเพลิงธรรมชาติ พิจารณาสิทธิ ประสาน และอำนวยความสะดวกแก่ผู้ประกอบการให้เป็นไปตามกฎหมายและข้อผูกพันต่อรัฐ จัดเก็บค่าภาคหลวง และผลประโยชน์อื่นใดจากปิโตรเลียม ปฏิบัติงานด้านวิชาการ กำหนดมาตรฐานการดำเนินงานความปลอดภัย และสิ่งแวดล้อมในการประกอบกิจการปิโตรเลียม วิเคราะห์ และจัดทำแผนการดำเนินงาน การพัฒนาแหล่งและจัดการแหล่งปิโตรเลียม กำหนดแนวทางการจัดหา และพัฒนาแหล่งปิโตรเลียม และติดตามประเมินผลการดำเนินงาน ประสานความร่วมมือในการสำรวจและพัฒนาแหล่งปิโตรเลียมในพื้นที่พัฒนาร่วม พื้นที่คาบเกี่ยวระหว่างประเทศ และประเทศอื่น ประมวลผล และบริหารจัดการข้อมูลปิโตรเลียม ปฏิบัติการอื่นใดตามที่กฎหมายกำหนดให้เป็นอำนาจหน้าที่ของกรมหรือตามที่กระทรวง หรือคณะรัฐมนตรีมอบหมาย