本會於民國48年9月26日成立於台北市,名稱為「臺灣省石油工會」為省級工會,加入臺灣省總工會為會員工會,民國65年2月7日經會員代表大會通過修改章程,升格改制,改稱「臺灣石油工會」,加入中華民國全國總工會。民國89年5月發起成立並加入全國產業總工會。
  
本會以中國石油公司暨其轉投資之中國石油化學事業為組織範圍,會員分布省、市及金馬地區,會員二萬餘人,依事業單位性質設十一個分會,1374小組。然中石化於民營化後,七~十一分會相繼成立產業工會,自動出會。民國962月,「中國石油股份有限公司」更名為「台灣中油股份有限公司(簡稱中油)」,本會成為僅以台灣中油股份有限公司為組織範圍之單一企業工會,仍依六個分會推動會務運作。現有會員約計一萬六千餘人。
  
本會以會員代表大會為最高權力機構,由會員代表106人組成,代表大會選出理事27人組成理事會,監事9人組成監事會。理事會推選常務理事9人組成常務理事會,常務理事推選理事長主持會務。監事會推選常務監事1人綜理監事業務,理事會依會務需要設置各項委員會,協助理事會推動會務。
  
本會為推動會務依章程第十五條規定,設置組織、總務、工安衛生、文宣、訓練、勞資關係、福利、主計等處,並設秘書長、副秘書長、秘書、處長、專員等會務人員。
  
為保障會員權益及協助事業發展,依法推派代表出席台灣中油股份有限公司之董事會、勞資會議、職工福利委員會、職業安全衛生委員會、勞工退休準備金監督委員會、職工退休基金管理委員會、獎懲委員會、申訴委員會等。推選出任中華民國全國總工會、全國產業總工會代表、中華民國能源產業工會聯合會。