1958年2月27日，中共中央总书记邓小平听取石油部的工作汇报后，石油勘探工作迅速展开。3月6日，根据邓小平的指示，成立了东北、华北、鄂尔多斯和贵州四个石油勘探处，5月27日，松辽和华北石油勘探局相继组建，标志着石油勘探事业的初步布局。
1963年12月，黄骅的工业油流发现促使石油部决定组织华北石油会战。1964年1月，中共中央批转了关于华北石油勘探会战的报告，会战被视为继松辽油田大会战后的又一重大战役。随后，7700多名石油工人参与，开始了渤海湾的石油勘探开发，但初期的探井并未找到工业油流。
转折点出现在1964年11月17日，3238钻井队在北大港海堤附近开启港5井，他们的表现打破了纪录，最终在12月20日，港5井首次喷出石油，标志着大港油区的诞生，也是华北地区古生代的第一口出油井。此后，大港油田的探井陆续发现高产油流，形成油田，因其位于北大港构造带，油田得名“大港”，对外代号“641厂”。
大港油田的成功验证了李四光关于环渤海湾找油的预测，为其他油田如华北、渤海、冀东油田的诞生奠定了基础，被誉为东部石油“小摇篮”。1985年至1991年，油田深化了改革，解决了权责利不统一等问题，实行承包制，改革企业领导体制，推动了内部市场模拟和ISO9000质量体系认证。1993年和1994年，油田进一步推进油气开发公司成立和内部模拟市场建设。
1995年，大港石油管理局改制为大港油田集团，1996年通过ISO9000认证，1998年建立HSE管理体系，1999年进行业务拆分，核心业务上市，非核心业务保留原有名称。2007年，钻井等相关业务与华北油田整合，形成了更强的生产能力。至2008年底，大港油田已为国家贡献了大量石油和天然气资源。
大港油田东临渤海，西接冀中平原，东南与山东毗邻，北至津唐交界处，地跨津、冀、鲁3省市的25个区、市、县。勘探开发建设始于1964年1月，勘探开发总面积18716平方千米。油田总部位于国家“十一五”重点开发开放建设区——天津市滨海新区，距北京190公里，距天津新港40公里，距天津国际机场70公里，地理位置优越，海陆空交通发达，往来便捷，是环渤海经济圈的重要组成部分。