2004年依托我校“石油天然氣成藏機理教育部重點實驗室”和“中國石油集團公司物探重點實驗室”組建以復雜條件油氣成藏理論與探測技術為核心的多學科交叉研究平臺。2007年批準成立油氣資源與探測國家重點實驗室，兩次評估良好，2015年進入爭優行列，2021年整合非常規研究院和5個省部級平臺等優勢資源，重組實體化運行；建立新疆、長慶等油田示范基地，強化有組織科研與協同攻關。實驗室定位面向國家能源安全與雙碳戰略，聚焦非常規油氣資源與工程，突破油氣富集機理與精準探測、油氣開采機理與立體開發兩大關鍵科技問題，攻關智能鉆完井與探測、體積壓裂、地質工程一體化立體開發等技術，研發核心技術裝置和智能工程軟件，構建國家戰略科技力量，推動我國非常規油氣理論與技術國際領先。
主要研究方向為：（1）非常規油氣富集機理與資源分布預測；（2）“井-地一體”智能油氣探測方法與裝置；（3）復雜結構井工廠智能鉆完井理論與技術；（4）地質-工程一體化立體開發理論與技術。
實驗室培養和凝聚了一批承擔重大任務的戰略科技人才和創新團隊。現有固定人員224人，院士4人，國家級人才51人，海外博士學位人員占32%，年齡結構合理，學科專業布局優化。自組建以來，承擔國家級科研任務538項，到賬經費近12億元，國家科技重大專項項目1項（“十一五”至“十三五”），國家自然科學基金創新研究群體項目1項（連續3期滾動支持），國家“863計劃”主題項目1項，國家自然科學基金重大項目3項、重點項目11項、重大國際合作項目7項、國家重大科研儀器研制項目2項、國家杰出青年基金項目7項、國家優秀青年基金項目13項，高等學校學科創新引智計劃5項。NSFC創新研究群體1個（連續3期）、全國高校黃大年式教學團隊1個、教育部創新團隊2個，中國工程院咨詢研究重大項目/重點項目和中國工程院-基金委兩院聯合資助咨詢項目等戰略咨詢研究項目5項，是我國非常規油氣領域的主要實驗研究和技術研發基地之一。
實驗室實驗用房總面積達到16000平方米，擁有378臺/套儀器設備，儀器設備原值超過1.7億元人民幣，其中超過100萬元的大型儀器設備49臺/套。實驗室面向我國油氣重大戰略需求，聚焦“油氣資源與工程”領域的重大科技問題，產出了原創性重大成果，推動我國油氣勘探開發科技進步，為保障國家油氣安全做出了實質性貢獻。以第一完成單位獲國家科技進步獎2項、國家技術發明獎6項。參與完成國家科技進步獎27項、技術發明獎2項、自然科學獎1項，第一單位獲省部級一等獎50余項。代表性成果主要包括：創新復雜地質油氣富集成藏理論，有力支撐了我國塔里木、準噶爾和渤海灣盆地3個10億噸級超大油氣田發現；研發油氣探測核心裝備與軟件，打造我國油氣勘探利器；原創了深井自振空化射流鉆井、仿生鉆井液等安全高效鉆井關鍵技術，推動我國深井及非常規長水平井鉆井技術進入世界先進行列；發明了水力噴射分段壓裂、靶向暫堵多縫改造等關鍵技術，使大量無法動用的致密油、致密氣等復雜非常規油氣得到效益開發。
