Petrol ve doğalgaz mühendisliği, yer altındaki hidrokarbon kaynaklarının keşfi, çıkarılması ve ekonomik olarak en verimli şekilde kullanılmasını sağlayan bir mühendislik dalıdır. Bu meslek, 1914 yılında Amerikan Madencilik Enstitüsü bünyesinde kurulan Metalurji ve Petrol Mühendisleri ile başlamış, ilk lisans derecesi ise 1915'te Pittsburgh Üniversitesi tarafından verilmiştir. Günümüzde mühendisler; derin deniz, kutup ve çöl gibi zorlu ortamlarda, yüksek basınç ve sıcaklık koşullarında çalışırken, bu nedenle termal hidrolik, jeomekanik ve akıllı sistemler gibi yenilikçi alanlarda uzmanlaşmaktadır. Alandaki en büyük profesyonel kuruluş Petrol Mühendisleri Derneği (SPE) olsa da, sadece ABD'de 17 üniversitede bu eğitim verilmektedir. Petrol fiyatları düştüğünde kitlesel işten çıkarmalar yaşanabilmesine rağmen, meslek tarihsel olarak çok kazandıran bir disiplindir; örneğin 2010 anketine göre yeni mezunlar yılda ortalama 125.220 dolar kazanırken, deneyimliler 170.000 ile 260.000 dolar arasında gelir elde edebilmektedir. Bu mühendislik türü üç ana dala ayrılır: üretim oranlarını ve rezerv yönetimini optimize eden rezervuar mühendisliği, kuyu delme ve sondaj operasyonlarını yürüten sondaj mühendisliği ve çıkarılan ürünlerin yüzeye taşınması ve enjekı süreçlerini geliştiren üretim mühendisliği.