O petróleo bruto é um combustível fóssil, o que significa que ele é formado pelo processo de decomposição de matéria orgânica, restos vegetais, algas, alguns tipos de plâncton e restos de animais marinhos - que morreram nos mares antigos entre 10 e 600 milhões de anos atrás.

Ao longo dos anos, os organismos se decompuseram nas camadas sedimentares, onde havia pouco ou nenhum oxigênio presente. Assim, os microrganismos quebraram seus restos em compostos ricos em carbono, que formaram camadas orgânicas.

Esse material orgânico acabou se misturando aos sedimentos e formando um folhelho finamente granulado, ou rocha geradora. À medida que novas camadas sedimentares foram depositadas, elas exerceram pressão e aquecimento intensos sobre a rocha geradora, proporcionando a destilação do material orgânico em petróleo cru e gás natural.
Com o passar do tempo, o óleo fluiu da rocha geradora e se acumulou em rochas calcárias ou arenito, chamadas de rocha-reservatório, que sob a ação dos movimentos da Terra aprisionaram o petróleo e o gás natural dentro delas, entre  camadas de rocha impermeável ou rocha selante, como granito ou mármore.