Instytut Nafty i Gazu jest jednym z najstarszych w Polsce instytutów naukowo–badawczych. Jego historia datuje się od 29 listopada 1944 r., gdy Państwowy Urząd Naftowy wydał dokument upoważniający do zorganizowania Instytutu Naftowego z siedzibą w Krośnie.
7 stycznia 1945 r. nastąpiło oficjalne otwarcie Instytutu Naftowego, który rozpoczął intensywną działalność na rzecz krajowego górnictwa nafty i gazu.
W roku 1948 Instytut Naftowy został przeniesiony do Krakowa, a w Krośnie pozostał jego Oddział, działający jako część Instytutu do dnia dzisiejszego.
W marcu 1952 r. w Warszawie zostało utworzone Centralne Laboratorium Gazownictwa (CLG). W 1970 roku Laboratorium przeniesiono do Krakowa, a w 1972 roku na bazie CLG utworzony został Instytut Gazownictwa z siedzibą w Krakowie i Oddziałem w Warszawie.
We wrześniu 1958 r. trzy zakłady Instytutu Naftowego zajmujące się problematyką przerobu ropy naftowej przeniesiono do dużego, nowoczesnego kompleksu laboratoriów w Krakowie przy ul. Łukasiewicza 1 i podporządkowano Ministerstwu Przemysłu Chemicznego, jako Centralne Laboratorium Technologii Nafty (CLTN).
W roku 1962 CLTN połączono z Centralnym Laboratorium Produktów Naftowych w Warszawie. 
W roku 1963 Rada Ministrów nadała CLTN nazwę Instytut Technologii Nafty, tworząc jednostkę w randze instytutu naukowo–badawczego.
31 grudnia 1975 r., w wyniku połączenia Instytutu Naftowego z Instytutem Gazownictwa, utworzony został Instytut Górnictwa Naftowego i Gazownictwa z siedzibą przy ul. Lubicz 25A w Krakowie oraz z Oddziałami w Krośnie, i w Warszawie.
W roku 1993 Zarządzeniem Ministra Przemysłu i Handlu z Instytutu Technologii Nafty w Krakowie zostaje wydzielone Centralne Laboratorium Naftowe w Warszawie.
W dniu 1 lutego 2004 r., rozporządzeniem Ministra Gospodarki Pracy i Polityki Społecznej, Instytut Górnictwa Naftowego i Gazownictwa zmienił nazwę na Instytut Nafty i Gaz
u.
1 stycznia 2008 r., na podstawie Rozporządzenia Ministra Gospodarki z dnia 3 października 2007 r. Instytut Technologii Nafty włączono do Instytutu Nafty i Gazu. Od tego dnia działalność Instytutu obejmuje całokształt działań związanych z ropą naftową i gazem ziemnym, począwszy od poszukiwania i eksploatacji złóż węglowodorów, poprzez magazynowanie, transport, dystrybucję i użytkowanie gazu ziemnego, ropy naftowej i produktów naftowych, aż po rozwój i doskonalenie technologii wytwarzania paliw płynnych.
W dniu 24 października 2013 r. rozporządzeniem Rady Ministrów Instytutowi Nafty i Gazu nadano status państwowego instytutu badawczego. Od tego dnia Instytut używa nazwy "Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy".
W 2015 r. Insytytut obchodził 70-tą rocznicę powstania.