石油天然气地质研究所于1996年4月成立，是西安石油大学成立较早的科研机构之一。研究所科研特色鲜明，成果突出，成立至今先后有20余名教授、博士参与了工作与建设。
主要研究方向为油气成藏地质学、天然气地质学、油气田开发地质学、沉积学及储层地质学。先后承担了国家“八五”、“九五”、“十五”、国家“973”等20余项国家级和省部级科研课题以及50多个横向研究课题。研究地区遍布鄂尔多斯、渤海湾、柴达木、四川、松辽等多个盆地。出版专著3部，在《科学通报》、《石油学报》、《地质论评》、《沉积学报》、《石油勘探与开发》、《石油与天然气地质》、《AAPG Bulletin》、《Australian Journal of Earth Science》、《Carbonate and Evaporites》等刊物上发表论文多篇。获省部级科技进步一等奖1项，二等奖和三等奖2项，局级奖多项。主要成果已被广泛用于塔里木、鄂尔多斯、四川等中国中西部叠合盆地油气勘探评价当中，为中国中西部叠合盆地的油气勘探和大油气田的发现做出了贡献。
在成藏地质学、天然气地质学方面所提出的“多期成藏、晚期调整”、“古隆起控油、斜坡富集”以及“幕式成藏理论”等叠合盆地成藏理论，以及“优质区域盖层下的隐伏断裂附近油气最为富集”的前陆盆地油气成藏理论被认为对中国中西部复杂叠合盆地和前陆盆地油气勘探具有重要指导作用，并已被勘探界和学术界广泛接受。
在沉积学及储层地质学方面，逐步形成了一批以低渗～超低渗储层形成理论与评价技术、古岩溶理论与碳酸盐岩储层评价技术、沉积盆地沉积体系、沉积成岩相与层序地层分析技术为特色的沉积学与储层地质学研究成果。这些成果不仅丰富了储层地质学的基本理论，更重要的是对低渗～超低渗储层分布预测与隐蔽油气藏的勘探起了十分重要的指导作用。