Inicialmente denominado Centro de Engenharia do Petróleo, foi criado junto à Reitoria, através da Portaria GR-059/1987 e, dois anos depois, passou a ter a atual denominação. Atualmente é vinculado à Coordenadoria de Centros e Núcleos Interdisciplinares de Pesquisa (COCEN). O CEPETRO teve início por meio de uma parceria entre Unicamp e Petrobras devido uma demanda crescente por pesquisas na área de petróleo. Desta parceria também nasceu o Departamento de Engenharia do Petróleo (DEP) na Faculdade de Engenharia Mecânica (FEM). Em 1990 criou-se o programa de mestrado em Geoengenharia de Reservatórios de Petróleo no Instituto de Geociências (IG), seguido do programa de doutorado. O CEPETRO promove pesquisas científicas e tecnológicas próprias ou em convênio com outras instituições, nas áreas de exploração petrolífera e geoengenharia de reservatórios petrolíferos, engenharia de reservatórios, perfuração e contemplação de poços, produção petrolífera e gestão de recursos petrolíferos e processamento sísmico, incentivo e colaboração para promover e realizar cursos de pós-graduação e extensão universitária, além de eventos como semanas de estudos, seminários, colóquios, conferências, publicações e intercâmbio científico com instituições nacionais e estrangeiras.