ทรายน้ำมันเป็นส่วนผสมที่ทำจากทรายและของเหลวอินทรีย์ที่เรียกว่าน้ำมันดิน ปิโตรเลียมที่พบในทรายน้ำมันนั้นเหนียวสีดำและมีความหนืด หลายประเทศทั่วโลกมีแหล่งข้อมูลจำนวนมากโดยเฉพาะแคนาดาและเวเนซุเอลา ด้วยการใช้น้ำมันอย่างต่อเนื่องทั่วโลกความต้องการแหล่งปิโตรเลียมใหม่ได้สร้างความต้องการที่แข็งแกร่งสำหรับการขุดทรายน้ำมัน จนกระทั่งศตวรรษที่ 21 ค่าใช้จ่ายในการกำจัดน้ำมันออกจากส่วนทรายมีน้ำหนักเกินความสามารถในการทำกำไร แต่เนื่องจากราคาต่อบาร์เรลสูงขึ้นอย่างมากในช่วงต้นศตวรรษที่ดังนั้นการขยายตัวของการสกัดทรายน้ำมัน
ซึ่งแตกต่างจากบ่อน้ำมันแบบดั้งเดิมการสกัดทรายน้ำมันเป็นกระบวนการที่มีราคาแพงและใช้เวลานานกว่ามาก โดยทั่วไปน้ำมันดิบจะไหลออกมาจากพื้นดินภายใต้ความกดดันของมันเอง อย่างไรก็ตามทรายน้ำมันไม่มีความดันและความหนืดเท่ากันดังนั้นจึงต้องใช้วิธีการอื่น วิธีปฏิบัติที่ใช้กันมากที่สุดสำหรับการสกัดทรายน้ำมันคือการทำเหมืองแบบสตริปหรือกระบวนการที่รู้จัก ในแหล่งกำเนิด ซึ่งทำให้ทรายน้ำมันร้อนขึ้นโดยใช้ไอน้ำหรืออากาศร้อน นอกจากนี้จะต้องใช้วิธีการไฮโดรโปรเซสในการทำให้บริสุทธิ์ปิโตรเลียมก่อนที่จะถูกส่งไปยังโรงกลั่น
เชื่อกันว่าทรายน้ำมันถูกมนุษย์เอาเปรียบโดยเร็วที่สุดเท่าที่ยุคมนุษย์ประมาณ 40,000 ปีก่อน หลักฐานทางโบราณคดีชี้ให้เห็นถึงการใช้ประโยชน์ในการสร้างเครื่องมือและโครงสร้างในซีเรียและอียิปต์โบราณ กระบวนการแยกน้ำมันออกจากทรายได้ถูกทำให้สมบูรณ์ในประเทศฝรั่งเศสในปี 1742 จากข้อมูลของ Oil Museum of France กระบวนการนี้ใช้วิธีการแยกไอเพื่อกำจัดไฮโดรคาร์บอนซึ่งสามารถถูกควบคุมเป็นเชื้อเพลิงได้ ทุกวันนี้น้ำมันที่ได้จากทรายน้ำมันมักพบเห็นได้ทั่วไปในการผลิตน้ำมันสังเคราะห์
ระดับศักยภาพในการขุดทรายน้ำมันทั่วโลกนั้นยิ่งใหญ่ แคนาดาและเวเนซูเอลามีเทียบเท่าน้ำมันดิบทั้งหมดในโลกโดยมีแหล่งทรายน้ำมันของแต่ละประเทศ พื้นที่อื่น ๆ เช่นสหรัฐอเมริการัสเซียและตะวันออกกลางก็มีแหล่งน้ำมันสำรองมากมายเช่นกัน ในฐานะที่เป็นซัพพลายเออร์น้ำมันดิบแบบดั้งเดิมเช่นซาอุดิอาระเบียใช้ปริมาณสำรองที่เหลือทรายคาดการณ์ว่าจะยังคงจัดหาน้ำมันเพียงพอต่อโลกเพื่อชดเชยการสูญเสียแหล่งดั้งเดิมมานานหลายทศวรรษ
