صنعت پتروشیمی، (به انگلیسی: Petrochemical industry) بخشی از صنایع شیمیایی است که فراورده‌های شیمیایی را از نفت یا گاز طبیعی تولید می‌کند. البته برخی از ترکیبات شیمیایی ساخته‌شده از نفت و گاز از سایر سوخت‌های فسیلی مانند زغال سنگ یا منابع تجدیدپذیر مانند ذرت، میوه خرما یا نیشکر نیز به‌دست می‌آیند.
امروزه فراورده‌های نفتی علاوه بر مصرف در زمینه سوخت وسایل نقلیه، روغن موتور و غیره در تهیه بسیاری از قطعات مورد نیاز ساخت وسائل نقلیه، نقش ارزنده‌ای دارد. فراورده‌های نفتی در تهیه سوخت موشک های هدایت کننده، فضانوردها و ماهواره‌ها و حتی در ساخت بسیاری از قطعات داخلی آن‌ها کاربرد اساسی دارد. مادهٔ اولیهٔ بیشتر داروها و حتی آنتی‌بیوتیک‌ها از ترکیبات نفتی مشتق می‌شود.