Строительство Сызранского НПЗ началось до Великой Отечественной войны, а первая партия нефтепродуктов была произведена в 1942 году. В начале 1970-х годов мощности завода были расширены и модернизированы: мощность по первичной переработке нефти выросла на 40%, мощности по гидроочистке и производству битума увеличились более чем на 70%. В 1990-е годы Сызранский НПЗ первым среди НПЗ Самарской группы освоил выпуск неэтилированных высокооктановых бензинов.

В 2008 году производственные мощности Сызранского НПЗ были полностью загружены. На заводе было переработано 6,49 млн т (47,5 млн барр.) нефти и произведено 6,05 млн т товарной продукции. Объем переработки нефти НК «Роснефть» вырос на 25,2%, что связано с приобретением НПЗ в первой половине 2007 г. Глубина переработки составила 66,7%.