อุตสาหกรรมปิโตรเคมีเป็นกลุ่ม บริษัท ที่ผลิตสารประกอบอินทรีย์จากปิโตรเลียมและเชื้อเพลิงฟอสซิลชนิดอื่น ๆ ผลิตภัณฑ์ปิโตรเคมีใช้ในการสร้างสินค้าเช่นพลาสติกเครื่องสำอางน้ำมันหล่อลื่นและสี ซึ่งแตกต่างจากอุตสาหกรรมปิโตรเลียมซึ่งผลิตเชื้อเพลิงที่ใช้สำหรับพลังงานการขนส่งและการทำความร้อน การผลิตปิโตรเคมีเป็นองค์ประกอบสำคัญในกระบวนการผลิตทั่วโลกเกือบทั้งหมด ในขณะที่สหรัฐอเมริกาและยุโรปตะวันตกเป็นศูนย์กลางการผลิตปิโตรเคมีที่ใหญ่ที่สุดนับตั้งแต่สิ้นสุดสงครามโลกครั้งที่สองประเทศในตะวันออกกลางและเอเชียก็มีการพัฒนาศูนย์กลั่นและแปรรูปเพื่อสนับสนุนการผลิตของพวกเขาเอง
ตามชื่อหมายถึงปิโตรเคมีส่วนใหญ่ผลิตจากปิโตรเลียมถึงแม้ว่าสารประกอบดังกล่าวสามารถกลั่นได้จากเชื้อเพลิงฟอสซิลอื่น ๆ เช่นถ่านหินและก๊าซธรรมชาติ ในบางพื้นที่ปิโตรเคมียังผลิตจากอ้อยข้าวโพดและแหล่งเกษตรอินทรีย์อื่น ๆ มักจะทำในประเทศที่มีแหล่งเชื้อเพลิงฟอสซิลเพียงไม่กี่แห่ง แต่มีพื้นที่สำหรับการเกษตรขนาดใหญ่ การผลิตปิโตรเคมีใช้เวลาประมาณร้อยละ 5 ของการจัดหาน้ำมันและก๊าซประจำปีทำให้การวิจัยเป็นแหล่งพลังงานทดแทนที่มีราคาผันผวนน้อยกว่า
กระบวนการผลิตมักเริ่มต้นในโรงกลั่นซึ่งแยกเชื้อเพลิงฟอสซิลดิบเป็นส่วนประกอบที่เบากว่าที่ใช้สำหรับเชื้อเพลิงและปิโตรเคมี อุตสาหกรรมนี้นำผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการกลั่นและแปรรูปเป็นปิโตรเคมีหลายชนิดเช่นเอทิลีนโพรพิลีนบิวทาไดอีนเบนซินเบนซีนโทลูอีนไซลีนและก๊าซสังเคราะห์ กระบวนการนี้เรียกว่าแคร็กและสามารถดำเนินการกับตัวเร่งปฏิกิริยาความร้อนหรือสารเคมี ผลิตภัณฑ์เหล่านี้จะใช้ในการผลิตสินค้าสำหรับผู้บริโภคและอุตสาหกรรมอื่น ๆ
การผลิตปิโตรเคมีอาจเป็นกระบวนการที่อันตรายเนื่องจากอุณหภูมิสูงและสารประกอบที่ระเหยได้ นอกจากความเสี่ยงของการระเบิดของสารเคมีและไฟไหม้โรงงานเหล่านี้ยังสามารถนำไปสู่มลพิษทางอากาศและน้ำ หลายประเทศควบคุมการก่อสร้างและการดำเนินงานของโรงงานผลิตปิโตรเคมีอย่างระมัดระวังเพื่อลดความเสี่ยงและความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อม ในบางพื้นที่การปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ของอุตสาหกรรมปิโตรเคมีก็มีการศึกษาเพื่อกำหนดผลกระทบต่อสภาพภูมิอากาศโลก
การจัดตั้งอุตสาหกรรมปิโตรเคมีเป็นจุดสำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตของมนุษย์ ด้วยวัสดุสังเคราะห์ที่ได้มาจากปิโตรเคมีทำให้การผลิตไม่พึ่งพาสารธรรมชาติเช่นยางและฝ้ายเพื่อสร้างสินค้าอุปโภคบริโภคเช่นยางรถยนต์และเสื้อผ้า สินค้าจำนวนมากในตลาดประกอบด้วยวัสดุสังเคราะห์ที่ได้มาจากอุตสาหกรรมปิโตรเคมีทั้งในตัวผลิตภัณฑ์เองหรือในบรรจุภัณฑ์
