เนื่องจากมีการขุดพบก๊าซธรรมชาติเป็นปริมาณมากบริเวณอ่าวไทย ส่งผลให้เกิดความต้องการบุคลากรเป็นจำนวนมากตามการเจริญเติบโตทางด้านปิโตรเคมี และอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้อง ดังนั้น จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัยจึงได้เปิด "วิทยาลัยปิโตรเลียมและปิโตรเคมี" ขึ้น เมื่อปี พ.ศ. 2531 เพื่อผลิตบัณฑิตในสาขาปิโตรเลียม ปิโตรเคมี และวิทยาศาสตร์พอลิเมอร์

ในปี พ.ศ. 2535 จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย โดย รศ.ดร.กำจัด มงคลสุข ซึ่งดำรงตำแหน่งเป็นผู้อำนวยการในขณะนั้น ได้ทำข้อตกลงทางวิชาการกับ มหาวิทยาลัยเคสเวสเทิร์นรีเสิร์ฟ มหาวิทยาลัยมิชิแกน และมหาวิทยาลัยโอคลาโฮมา เพื่อร่วมกันร่างหลักสูตรในระดับบัณฑิตศึกษา (นานาชาติ)

เมื่อ พ.ศ. 2536 ทางวิทยาลัยได้เปิดหลักสูตร วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต สาขาเทคโนโลยีปิโตรเคมี (Petrochemical technology) และ วิทยาศาสตร์พอลิเมอร์ (Polymer sciences) และมีบัณฑิตที่จบการศึกษารุ่นแรกเมื่อ พ.ศ. 2538 ต่อมา พ.ศ. 2540 ได้เปิดหลักสูตรระดับปริญญาเอก สาขาเทคโนโลยีปิโตรเคมี (Petrochemical technology) และ วิทยาศาสตร์พอลิเมอร์ (Polymer sciences) และ ปี พ.ศ. 2545 ได้เปิดหลักสูตรใหม่ ได้แก่ วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต สาขาเทคโนโลยีปิโตรเลียม (Petroleum technology) (ซึ่งได้ผ่านการปรับปรุงหลักสูตรเป็น สาชาเทคโนโลยีปิโตรเลียมและพลังงาน (Petroleum and energy technology) และเพิ่มความร่วมมือทางวิชาการกับ สถาบันฟรองซัวส์ดูเปโตรล ประเทศฝรั่งเศส