早在20世紀40年代，國外就開始了對煉油污水處理技術的研究及應用，并重視污水的排放的源頭問題，“節能減排”即是國外石油化工企業最早提出污染物控制措施，這一措施有效地控制了煉油污水出水中污染物濃度，對煉油污水處理技術的研究及開發起到了很好的促進作用。我國則在控制煉油污水產生及污水處理技術等方面的研究起步和發展較晚。

目前，國內外煉油污水處理技術的主要方法包括：化學法、物理法、物理化學法及生物法等。其中較為常用的為化學法和物理化學法。化學法主要包括離子交換法、絮凝法、化學鹽析法、電滲析法、電化學法、化學氧化法和光化學法等；物理化學法主要有過濾法、重力分離法、吸附法、膜分離法、氣浮法等。

20世紀六七十年代以來,國內煉油廠大多采用的煉油污水處理工藝（俗稱“老三套”）為隔油-浮選-生化工藝，且以二級處理為主，對含硫、含氨廢水預先汽提處理，外排水的COD、BOD等基本可以達標，但是對污水中氨氮的去除效果不是很理想，而且在運行過程中經常出現污泥膨脹的問題，運行不穩定。近年來，隨著我國煉油污水排放標準對其水質要求的越來越高，這套處理工藝已難以滿足國家標準，面臨被淘汰的危險，所以不斷有新工藝應用到煉油污水處理中。

目前，最為常用的煉油污水生化處理方法主要包括生物膜處理法、活性污泥處理法、自然凈化法等。