ไทยออยล์เป็นผู้ประกอบธุรกิจการกลั่นและจำหน่ายน้ำมันปิโตรเลียมที่ใหญ่ที่สุดในประเทศไทย และเป็นโรงกลั่นที่มีประสิทธิภาพสูงสุดแห่งหนึ่งในภูมิภาคเอเชียแปซิฟิก ซึ่งก่อตั้งขึ้นในปี พ.ศ. 2504 โดยมีธุรกิจหลักคือ การกลั่นน้ำมันปิโตรเลียม ปัจจุบันมีกำลังการผลิต 275,000 บาร์เรลต่อวัน
นอกจากนี้ ไทยออยล์มีระบบการบริหารจัดการที่มุ่งมั่นสู่ความเป็นเลิศ (Operational Excellence) โดยบริหารงานเป็นกลุ่มที่มีการเชื่อมโยงธุรกิจ ทั้งธุรกิจการกลั่นน้ำมัน ธุรกิจปิโตรเคมีและธุรกิจน้ำมันหล่อลื่นพื้นฐาน โดยร่วมวางแผนการผลิตก่อให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุดและสามารถผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีต้นทุนต่ำ ขณะเดียวกันมีคุณภาพสูงในระดับโรงกลั่นชั้นนำ (Top quartile) ในภูมิภาคเอเชียแปซิฟิก ทำให้ได้เปรียบเชิงต้นทุนการผลิต เพิ่มขีดความสามารถในการแข่งขัน นอกจากนั้น ยังมีธุรกิจที่เกี่ยวข้องหลากหลาย เช่น ธุรกิจไฟฟ้า ธุรกิจสารทำละลาย ธุรกิจบริหารการขนส่งทางเรือและทางท่อ ธุรกิจพลังงานทดแทน ธุรกิจผลิตสารตั้งต้นสำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์สารทำความสะอาด ธุรกิจบริการจัดเก็บน้ำมันดิบ น้ำมันปิโตรเลียม และผลิตภัณฑ์ปิโตรเคมี และธุรกิจให้บริการด้านการสรรหาและคัดเลือกบุคลากรสำหรับกลุ่มไทยออยล์