C 1991 года начался процесс вхождения завода в компанию «ЛУКОЙЛ». Это событие стало точкой отсчета для развития предприятия на новом качественном уровне. До 2000 года было завершено строительство установки точечного налива нефтепродуктов «Эллин», окончена реконструкция установок АВТ-6, АВТ-3, бензинового риформинга. Реконструировано аварийно-факельное хозяйство. Введены в эксплуатацию новые компрессорные станции, а также автоматическая станция смешения бензинов, эстакада слива нефти, азотно-кислородная установка.

Предприятие имеет богатую историю, в которой отразились этапы развития промышленности всей страны. Датой рождения Волгоградского (Сталинградского) НПЗ считается 21 декабря 1957 года. Первая очередь завода включала всего четыре объекта топливного производства:
установка обессоливания и обезвоживания нефти ЭЛОУ-АВТ-3;
установка первичной переработки нефти АВТ-4;
установка термического крекинга мазута №8;
аварийно-факельное хозяйство и объекты общезаводского хозяйства, обеспечивающие пуск и работу технологических установок.
Ассортимент нефтепродуктов в то время включал в себя всего четыре наименования: бензин автомобильный этилированный марки А-66, реактивное топливо ТС-1, дизельное топливо летнее и нефтяное топливо — мазут малосернистый.
В начале 60-годов XX века началось интенсивное развитие завода. Были построены и введены в эксплуатацию две установки первичной переработки нефти, установки производства масел, присадок, битума, кокса.
2000—2005 годы. Ускоренная модернизация
В этот период были введены в эксплуатацию: установка гидроочистки дизельных топлив (завод перешел на выпуск малосернистого дизельного топлива); комплекс газовых установок; установка по производству гранулированной серы. Проведена реконструкция комплекса масел КМ-3, что позволило заводу производить синтетическое масла из собственного сырья. Введена в эксплуатацию 1 очередь установки прокалки кокса. Построена линия затаривания масел, начат их выпуск в мелкой таре.
2005—2010 годы. Развитие производства бензинов
Введен в эксплуатацию комплекс каталитического риформинга. Это позволило заводу значительно увеличить выпуск высокооктановых бензинов, снизив затраты на их производство. Введена в эксплуатацию установка изомеризации бензиновых фракций, завод освоил выпуск автобензинов по стандарту ЕВРО-3. Выполнена реконструкция очистных сооружений, освоена технология утилизации нефтешламов, накопленных за время эксплуатации завода, проведена реконструкция установки замедленного коксования №60.
2011—2015 годы. Переход на ЕВРО-5
Введена в эксплуатацию установка гидроочистки дизельного топлива, с ее пуском завод стал производить весь объем дизельного топлива по стандарту ЕВРО-5. Выпуск автомобильных бензинов также полностью переведен на стандарт ЕВРО-5. Введена в эксплуатацию установка замедленного коксования, что позволило вывести из эксплуатации 2 устаревшие установки, было увеличено производство кокса, снижен выпуск мазута, увеличена глубина переработки нефти. Запущена вторая очередь установки прокалки кокса. Введена в эксплуатацию установка первичной переработки нефти АВТ-1. Закончено строительство и пущен в эксплуатацию комплекс глубокой переработки вакуумного газойля.
2016-2020 годы. Модернизация продолжается
В 2016 году пущен в эксплуатацию крупнейший в России комплекс глубокой переработки вакуумного газойля. Это позволило значительно увеличить выпуск топлив стандарта ЕВРО-5, компонентов автомобильного бензина и сжиженных газов. В этом же году начал работу единый центр управления производством. В 2017-ом введен в эксплуатацию новый парк дизельного топлива. В феврале 2018 года на территории НПЗ запущена солнечная электростанция, первая СЭС ЛУКОЙЛа в России. Вторая очередь станции будет пущена в мае 2021 года.
2021-2025 годы. К НОВЫМ РУБЕЖАМ
В 2021 году открыт комплекс производства высокоиндексных масел, благодаря чему завод увеличил выпуск премиальных базовых масел II и III группы. В 2022 году завершен проект масштабной реконструкции установки первичной переработки нефти ЭЛОУ АВТ-5 и установки селективной очистки масел, что позволило увеличить объем переработки, производство керосина и дизельных фракций. В 2023 году завершено техническое перевооружение установки ЭЛОУ АВТ-1, увеличена мощность установки гидрокрекинга до 110%. В 2024-ом проведена модернизация блока оборотного водоснабжения, увеличен отбор вакуумных фракций.