Petoil, 1990 yılında, Pet Holding bünyesinde kurulmuştur.
TÜRKİYE
Petoil, petrol faaliyetlerine, 1990 yılında, Güney Doğu Anadolu Bölgesinde iki farklı lisansla başlamıştır.
Daha sonra, mevcut kuyuya tekrardan girilmesinin ticari anlamda verimsiz olacağı değerlendirilerek, bu lisans sahaları terk edilmiştir. 2004 – 2009 yılları arasında, ikisi Güney Doğu Anadolu ve 7'si Karadeniz'de olmak üzere, toplam 9 arama lisansı alınmıştır. Yapılan jeolojik çalışmalar sonunda, bu bölgelerin de ticari olmadığının anlaşılması üzerine, lisanslar bırakılmıştır.
KAZAKİSTAN
Petoil, 1992 yılında, Hazar Denizi'nin kuzeyinde farklı bloklar üzerinde çalışmalara başlamış, TPAO ile Ortak Girişim Şirketi kurmuştur. Kazakistan Jeoloji Bakanlığı'nın katılımıyla kurulan ve Kazakturkmunay Anonim Şirketi adı verilen ortaklığa, bölgede 7 arama bloğu verilmiştir. Ancak, ortaklıkta çoğunluk hisse sahibi TPAO ile arama programı stratejisi hakkındaki görüş ayrılığı nedeniyle, Petoil hisselerini TPAO'ya devretmiştir. 1993 yılında, Petoil Karakuduk sahasının işletme haklarını almış ve Kazak bir ortakla birlikte, Karakudukmunay Ortak Girişim Grubu'nu kurmuştur. Daha sonra, Petoil, bu ortaklıktaki hisselerini Chaparral Resources'a devretmiştir. Petoil, Kazakistan'daki petrol arama ve üretim firmalarına kuyu tamamlama hizmetleri vermiştir.
AZERBAYCAN
Petoil, Azerbaycan'a giren ilk batılı firma olma özelliği taşımaktadır. 1992'de Azerbaycan'ın Devlet Petrol Şirketi (SOCAR) ile oluşturulan Ortak Girişim Şirketi aracılığı ile, 900'ün üzerinde çalışanla, toplamda 400 kuyudan oluşan Mishovdag ve Kelameddin petrol sahaları rehabilite edilerek işletilmiştir. Bu Ortak Girişim Şirketi, 2000 yılında Amerikan Moncrief Oil International'ın katılımıyla, Üretim Paylaşım Anlaşması çerçevesinde, yeniden yapılandırılmış, 2003 yılında da Petoil, hisselerini Kanadalı Nations Energy'ye devretmiştir.
KUZEY IRAK
Kuzey Irak'a dünyada ilk giren petrol firması Petoil olmuştur. 2003 Ocak ayı itibarı ile Irak Kürt Yönetimi yetkilileriyle imzalanan Üretim Paylaşım Anlaşması ile, önceleri çok büyük bir alanı kapsayan lisans alınmıştır. Pulkhana’da 2 kuyu ve 1 re-entry açılmış, Shakal’da sismik yapılmıştır. Ancak daha sonra bu saha küçültülerek Shakal sahasına kaydırılmıştır. Blok'ta arama ve üretim faaliyetlerine başlanmıştır. 2006 yılında, tamamı Petoil'e ait olan A&T Petrol Limited Şirketi'ne, yeni bir Üretim Paylaşım Anlaşması ile, Bina Bawi yüzey antiklinali verilmiş ve A&T operatör tayin edimiştir. Petoil Bina Bawi’de operatör olarak 4 kuyu açmıştır. Petoil Chia Surkh ve Pulkhana Üretim Paylaşımı Anlaşmalarını 2009’da imzalamıştır. 2011'de Bina Bawi'nin operatörlüğü başka bir ortağa devredilmiştir. Petoil bilahare Bina Bawi ve Pulkhana projelerinden çekilmiştir.
Halen Petoil’in operatör ve çoğunluk hisse sahibi olduğu, petrol üretimi devam eden Chia Surkh sahası, Petoil’in ana faaliyetini oluşturmaktadır.
YEMEN
İlk olarak 2004 yılında Yemen'e gidilmiş ve 39 ile 3 numaralı araştıma blokları değerlendirilmiştir. Bu sahalarda tek müzakere etme hakkı sahibi olan Petoil, yapılan teknik çalışmaların ardından, bölgedeki altyapı eksikliği ve taşıdığı yüksek risk nedeniyle 39. Blok'u verimli bulmamış ve terk etmiştir. Jardan 3. Blok'ta %34'lük hisseye alınarak 2950 km2’lik bir alanı kapsayan Üretim Paylaşım Anlaşması, 2005 yılında imzalanmış, sismik çalışmaların tamamlanmasının ardından, Tubb'a-1 kuyusu 2009'da açılmış ve birincil hedefler olan çatlaklı temel kayaçlar içinde gaz ve kondensat keşfedilmiştir. Petoil, 2011 yılında Yemen'deki hisselerini OMV şirketine devretmiştir.
ABD
Petoil ABD’de unkonvansiyonel petrol alanına yatırm yapan ilk Türk şirketi olmuştur. Petoil, 2015 yılında ABD’nin Texas Eyaletinde Falls City sahasını almış, yatırımcı olarak daha önce unkonvansiyonel üretim yöntemlerinin denenmediği bir formasyonda yatay kuyu açarak 30-aşamalı çatlatma tekniğini uygulamıştır. Petrol üretimi sağlanmakla birlikte, gerek üretimin beklenen seviyenin altında gerçekleşmesi, gerekse petrol fiyatlarındaki düşük seviye nedeniyle proje terk edilmiştir.