世界三次大的石油技术革命是指近代石油史上某个时期中，科学技术发生了根本改变，使用权科学技术整体水平、面貌有别于前个时期。技术革命是指由于重大的技术发明或改进而引起技术全局性的变革，也所谓改造世界的方式发生了根本变化。一般认为，近代发生过三次石油技术革命。
第一次石油技术革命时期是20世纪20年代至30年代。在此之前，石油工业处于近代工业的初始阶段。从此时开始进入了大发展时期。石油地质研究最显著的变化是由地面地质转入地下地质，由仅仅根据油气苗、山沟河谷的露头来确定井位，发展到在背斜构造理论指导下找油气，由所谓“前地质时期”进入背斜理论时期。由于取心技术、测井仪器和岩样分析手段的改进，使地质家认识地下的能力极大提高。同时石油钻井则由初期的“概念孕育时期”进入“发展时期”。这时由于内燃机的发明，出现了大功率的钻机，有了新型牙轮钻头，有了化学处理剂用来改进钻井液和固井水泥性能，提高了钻井、完井的质量。油田开采方面，由初期的密集钻井、盲目滥采，开始懂得地下油藏是个统一的水动力系统，并不是井打得越多越好。这时提出了最大有效产量(MER)概念，作为衡量生产好坏的指标。采油工艺也得到发展，无杆井下泵开始应用，酸化等改造油层技术有了发展。
第二次石油技术革命时期是在第二次世界大战以后，特别是在20世纪60年代至70年代。这个时期是所谓“石油文明”由美国迅速扩展到其他主要工业国的时期，也是后者完成能源结构以煤为主转移到以石油为主的时期。日本在20世纪60年代初，率先以石油替代煤为主要能源，大量利用了当时世界市场上廉价的石油，成为日本经济高速发展的一个重要因素。其后，当时的联邦德国、苏联和法国等，先后完成了类似的能源转移。这个时期世界石油年产量由5亿吨连续翻番到10亿吨、20亿吨。这个时期也是石油储量发现的黄金时期。据统计，在这阶段，每年新发现的储量约有230亿桶，世界主要石油产地也是在这一时期发现的。例如世界11个储量在10亿吨以上的大油田中，有10个是在这一时期发现的；世界石油储量10亿桶以上的油田中，有48个是在这一时期发现的。
第三次石油技术革命发生在20世纪80年代至今。这次革命技术以信息网络技术作为主要特征，并与生物工程、新材料应用等高新技术紧密结合，使石油科技的新概念、新理论、新工艺、新方法层出不穷。如油气系统、盆地模拟、油藏表征、水平井及各种分支井、高分辨率地震、四维地震、处理解释一体化、三维可视化、虚拟现实、层析成像、核磁共振测井、成像测井、油气混相输送、井下油水分离、油气生产智能化、远程生产、仪表化油田、数字油田、深海(水)作业等。
