Nhà máy lọc dầu là một cơ sở công nghiệp khổng lồ, nơi dầu thô được tinh chế thành các sản phẩm hữu ích như xăng, dầu diesel, dầu hỏa, nhiên liệu máy bay và khí hóa lỏng (LPG). Ngoài ra, các nhà máy này còn có thể sản xuất trực tiếp hóa dầu như ethylene và propylene thông qua quá trình cracking dầu thô. Về quy mô, chúng là những khu công nghiệp rộng lớn với hệ thống đường ống chằng chịt và các cột chưng cất, về cơ bản được xem là một loại nhà máy hóa chất. Nguyên liệu dầu thô thường được vận chuyển từ các nhà máy sản xuất dầu và được lưu trữ trong các kho chứa gần đó. Mỗi nhà máy lọc dầu có cấu trúc và quy trình tinh chế riêng biệt, được quyết định bởi vị trí địa lý, sản phẩm mục tiêu và các yếu tố kinh tế.