学校办学历史可追溯到1954年在广州石牌创立的华南工学院（现华南理工大学）附设工农速成中学。
1956年1月，为适应我国石油工业发展的需要，经国务院批准，学校改名为石油工业部广州石油学校，隶属石油工业部管理。随后，学校先后改名为广东省石油学校、华南石油学院、广东石油学院、中南石油学院、广州石油学校。
1965年9月，学校迁往茂名市，改名为广东石油学校。
1985年4月，经石油工业部与中国石化总公司商定，学校移交中国石化总公司管理。同年11月，在保留广东石油学校的同时，成立广东石油化工专科学校。
1992年7月，学校改名为广东石油化工高等专科学校。
1998年1月，学校由中国石化总公司所属划转为广东省所属。
2000年3月，广东石油化工高等专科学校和广东茂名教育学院（该院的办学历史可追溯到创办于1970年的茂名师范学校）合并升格为广东省属本科院校——茂名学院。
2010年5月，学校更名为广东石油化工学院。