Petrol ve doğal gaz mühendisliği, ham petrol veya doğal gaz gibi hidrokarbonların üretimi ile ilgili faaliyetlerle ilgilenen mühendislik dalıdır. Petrol arama ve üretimi ile doğal ğaz endüstrisinin kaynak sektör içerisinde yer aldığı kabul edilir. Yer altı kaynaklarının keşfi ile petrol ve doğal gaz endüstrisi olmak üzere, mühendisliğin iki ana disiplini bulunmaktadır. Her iki disiplinde yer altındaki hidrokarbon rezervlerinin, ekonomiye olan katkısını arttırmaya odaklanmaktadır. Petrol mühendisliği çok yüksek gözenekli kayalar içerisindeki yağ, su ve gazın fiziksel davranışları konusuna ayrıntılı bir anlayış getirerek, bu kaynağın geri kazanılabilir hacminin tahmin edilmesi üzerine odaklanmaktadır.
Jeologlar ve petrol mühendisleri ortak çaba ile bir hidrokarbon birikiminin ömrü boyunca geliştiği rezervuarları bulmak, tükenme şekillerini incelemek ve genellikle alan ekonomisine yönelik en yüksek etkisini tespit edebilmek için çalışırlar. Petrol mühendisliği jeofizik, petrol jeolojisi, formasyon değerlendirme (kuyu günlüğü), sondaj, ekonomi, rezervuar simülasyonu, rezervuar muhendisliği, iyi derecede mühendislik, yapay asansör sistemleri, ikmal ve petrol ile doğal gaz tesisleri mühendisliğinin yanı sıra benzer pek çok diğer disiplin konusunda iyi bir bilgi edinimi gerektirir.
Endüstri tarihsel olarak fizik, kimya mühendisliği ile maden mühendisliği disiplinlerinden oluşmuştur. Daha sonraki gelişimindeki eğitim ise genellikle petrol şirketleri içerisinde alınmıştır.
