เมื่อผลการสำรวจหาแหล่งปิโตรเลียมสามารถจะประเมินปริมาณสำรองของปิโตรเลียมที่มีสมรรถนะเชิงพาณิชย์เป็นที่แน่นอนแล้ว ตลอดจนสามารถระบุชนิดและคุณภาพของปิโตรเลียมได้ชัดเจน ขั้นต่อไปก็จะเป็นการพัฒนาและผลิตปิโตรเลียม การวางแผนเพื่อพัฒนาและผลิตปิโตรเลียมจากแหล่งนั้น อาจพัฒนาหลุมเจาะสำรวจปิโตรเลียมเดิมให้เป็นหลุมผลิต หรือจะทำการเจาะหลุมใหม่ เพื่อการผลิตปิโตรเลียมเพิ่มเติมอีกตามเป้าหมายที่ได้กำหนดไว้ การกำหนดตำแหน่งหลุมผลิตนั้นมีหลักเกณฑ์ที่ประเมินแล้วว่า สามารถดำเนินการผลิตปิโตรเลียมให้เป็นไปโดยมีประสิทธิภาพสูงสุด
ปิโตรเลียมที่ผลิตขึ้นมาได้จากแหล่งนั้นจะมีทั้งส่วนที่เป็นน้ำมันดิบและ/หรือแก๊สธรรมชาติโดยมีอัตราส่วนของแก๊สธรรมชาติต่อน้ำมันดิบในกรณีที่มีปิโตรเลียมทั้งสองชนิดสะสมรวมกันในแหล่ง จะขึ้นอยู่กับธรรมชาติและคุณภาพของปิโตรเลียมที่ปรากฏเฉพาะในแต่ละแหล่ง กระบวนกรผลิตแก๊สธรรมชาติค่อนข้างจะยุ่งยากซับซ้อนมากกว่ากระบวนการผลิตน้ำมันดิบ ทั้งนี้เนื่องจากจะต้องมีการควบคุมความกดดันของแก๊สธรรมชาติในแหล่งอย่างรัดกุม นอกจากนี้เมื่อแก๊สธรรมชาติที่ผลิตได้มีสภาพความกดดันต่ำเกินไป ก็จะต้องมีการเพิ่มความกดดันให้เพียงพอที่จะสามารถไหลไปได้ตามท่อส่ง โดยทั่วๆ ไปแล้ว แก๊สธรรมชาติจากแหล่งสามารถไหลขึ้นมาถึงปากหลุมได้โดยความกดดันตามธรรมชาติที่มีอยู่ในแหล่ง ซึ่งได้รับการควบคุมระหว่างการผลิต หลังจากเริ่มผลิตแก๊สธรรมชาติแล้ว ความกดดันก็จะลดลงเรื่อยๆ จนถึงระดับที่ไม่สามารถดันให้แก๊สธรรมชาติไหลขึ้นมาถึงปากหลุมด้วยอัตราการผลิตที่ควบคุมความกดดันก็ถือว่าการผลิตแก๊สธรรมชาติจากหลุมผลิตนั้นๆ สิ้นสุดลง แก๊สธรรมชาติในแหล่งหลายแหล่งอาจมีแก๊สธรรมชาติเหลว (Condensate) ปะปนอยู่ด้วยดังนั้น ที่ปากหลุมผลิตจึงต้องมีกระบวนการแยกแก๊สธรรมชาติเหลวเอาไว้ เพื่อนำไปใช้ประโยชน์เพิ่มเติมต่อไป โดยอาจนำไปผสมกับน้ำมันดิบในกระบวนการกลั่น หรือใช้เป็นวัตถุดิบในอุตสาหกรรมปิโตรเคมีต่อไป
ปิโตรเลียมที่ได้รับการผลิตและพัฒนาขึ้นมาจากแหล่งใต้ดิน ไม่ว่าจะอยู่ในรูปของน้ำมันดิบแก๊สธรรมชาติ หรือแก๊สธรรมชาติเหลว มักจะมีมลทินปะปนขึ้นมาด้วยเสมอไม่มากก็น้อย มลทินเหล่านี้มักจะเป็นน้ำ แก๊สชนิดต่างๆ ที่มิใช่สารประกอบของไฮโดรคาร์บอน และตะกอน ซึ่งมลทินเหล่านี้จะต้องได้รับการสกัดออกก่อนเสมอ สำหรับน้ำมันดิบ บางครั้งอาจต้องใช้ความร้อนในการแยกเอาน้ำออก หรืออาจต้องเติมสารเคมีเข้าไปผสมเพื่อป้องกันการแข็งตัวอีกด้วย
กระบวนการที่ต่อเนื่องจากการผลิตก็คือ การขนส่งปิโตรเลียมไปยังโรงกลั่นน้ำมัน หรือโรงแยกแก๊ส ก่อนนำไปใช้เป็นเชื้อเพลิงในการผลิตไฟฟ้า การขนส่งน้ำมันดิบอาจใช้เรือบรรทุกน้ำมัน รถไฟ รถบรรทุก หรือท่อส่งน้ำมันดิบส่วนแก๊สธรรมชาติมักจะใช้วิธีการขนส่งทางท่อ
