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学校的办学历史可追溯到1954年4月，在广州石牌创立的华南工学院（现华南理工大学）附设工农速成中学。
经国务院批准，华南工学院工农速成中学于1955年10月改为石油工业部广州石油学校（石油中等专业学校），直属石油工业部领导。
1956年1月14日，为适应中国石油工业发展的需要，经国务院批准，学校改名为“石油工业部广州石油学校”。中大工中改为石油工业部广州第二石油学校。5月7日，中山大学附设工农速成中学改为石油工业部广州第二石油学校；5月7日，有鉴于中大、华工两所工农速成中学的历史和茂名页岩油厂发展对人才的需要，教育部发文把中山大学附设工农速成中学改为“石油工业部广州第二石油学校”。后第一石油校（原华南工学院附设工农速成中学）与第二石油校合并恢复石油工业部广州石油学校）。1956年7月，校名改为石油工业部广州第一石油学校。
1957年2月，第一石油校与第二石油校合并恢复“石油工业部广州石油学校”。
1958年8月，石油部决定将学校下放给广东省重工业厅领导，改名为“广东省石油学校”，调整专业，设石油及天然气工学、人造石油工学、石油炼厂机械与设备三个专业，四年制，1958年秋招生494人。
1960年6月，学校升格为本科层次的华南石油学院，直属石油工业部领导，实行两部制：即大学部和中专部。11月校名改为广州石油学院。同年，学校开始开办了石油炼制等4个五年制本科专业。
2000年3月，广东石油化工高等专科学校和创办于1970年的广东茂名教育学院合并升格为广东省属本科院校--茂名学院，实行省市共建、以省为主的管理体制。至2000年3月，已办成一所以石油化工为主、工程与管理学科相结合的多层次、多形式办学的具有较高办学水平的普通高等专科学校，为“三校”合并组建茂名学院奠定了坚实的基础
2010年5月，学校更名为广东石油化工学院。
2011年，学校被教育部列为"卓越工程师教育培养计划"试点高校。
2012年2月，广东石油化工学院被批准为第二批“卓越工程师教育培养计划”高校，化学工程与工艺专业、电气工程及其自动化专业被列为试点专业。
2013年12月，广东省人民政府与中国石油化工集团公司、中国石油天然气集团公司、中国海洋石油总公司签订四方共建广东石油化工学院协议。

吴儆苏：1983.9-1998.8任广东石油化工高等专科学校校长；齐凯琴:1998.8-2000.3任广东石油化工高等专科学校代校长。陈政绍：1986.4-1998.9任茂名教育学院院长；杨观镇：1998.9-2000.3任茂名教育学院院长。王乐夫：2001.2-2006.8任茂名学院院长；宋垚臻：2006.8-2009.1任茂名学院院长。张清华 2009.1-2010.5任茂名学院院长；张清华 2010.5-2020.1.31任广东石油化工学院院长。

截至2020年1月31日，学校官网显，现有教职工1555人，专任教师1117人，其中具有正高职称176人、副高职称364人，博士412人、硕士540人，兼职博导、硕导118人。 “双聘”院士1人；“长江学者”特聘教授1人、“国家杰青”1人、国家“万人计划”2人、中科院海外“百人计划”2人、“863计划项目”首席科学家1人、享受国务院政府特殊津贴人员7人、教育部新世纪优秀人才2人；全国先进工作者1人、全国优秀科技工作者1名、全国优秀教师3人；省级教学名师1人。

截至2020年1月31日，学校官网显示，学校拥有3个国家级工程实践教育中心，2个省级协同育人平台（石油化工类应用型人才培养协同育人平台、突出创新创业能力培养的协同育人中心），11个省级优秀教学团队，25门省级精品开放课程（含精品课程、精品视频公开课等），4部省级精品教材，7个省级人才培养模式创新实验区，9个省高校实验教学示范中心，3个省级应用型人才培养示范基地，11个省级大学生校外实践教学基地，1个省级产业学院，2个省级示范性教师教育实践基地。

截至2020年1月31日，学校官网显示，学校地处中国南方最大的石化生产基地和水果生产基地、美丽的海滨城市——广东省茂名市，占地面积135.96万平方米（约2040亩），分官渡、西城、光华3个校区。