石油工程分院是学院最早成立和重点建设的院系之一，与学院同步创立于1956年，六十多年来，为祖国的石油工业培养了两万多名专业技术技能人才，现有在校生2300余人，专任教师32人，其中教授2人，副教授12人，讲师、工程师等18人。设有油气地质勘探技术、钻井技术、油气智能开采技术、油气储运技术及石油工程技术5个专业教研室，拥有自治区级优秀教学团队2个、自治区教学名师1名、自治区教学能手2名、全国石油与化工行业指导委员会委员2名、全国石油和化工教育青年教学名师1人、院级专业带头人6人、骨干教师5人。

石油工程分院的钻井技术、油气智能开采技术、油气储运技术3个专业为“国家高等职业教育示范性专业”，油气地质勘探技术、油气智能开采技术、油气储运技术3个专业为教育部“高等职业教育创新发展行动计划”认定的“骨干专业”。油气地质勘探技术专业是自治区特色专业，与新疆工程学院联合开展“3+2专本衔接”培养。

石油工程分院与中国石油西部钻探工程有限公司克拉玛依钻井公司、录井工程分公司（地质研究院）及新疆贝肯能源工程股份有限公司、克拉玛依市地质工程有限责任公司、上海神开石油科技有限公司等50余家知名企业合作，与克拉玛依市地质工程有限责任公司建立了“天成西域地质工程学院”。

石油工程分院先后承担了教育部“国家示范校重点建设专业”“中央财政支持的石油工程实训基地建设”“现代学徒制试点专业”等建设项目，编制了教育部“资源勘查教指委高等职业教育油气地质与勘查技术专业教学基本要求”，建成国家级精品在线开放课程1门、工学结合省部级精品课程5门、院级精品在线开放课程14门，出版教材与专著等20余部。  

石油工程分院教学实训设施完善，拥有矿物岩石、岩矿镜下鉴定、地质录井及综合录井、水泥浆性能、地球物理勘探、钻井虚拟仿真、修井虚拟仿真、燃气虚拟仿真等51个完备的实训室。其中，钻井技术、油气储运技术2个生产性实训基地为教育部“高等职业教育创新发展行动计划”认定的“生产性实训基地”，石油和石化专业群虚拟仿真实训基地为教育部确定的“职业教育示范性虚拟仿真实训基地培育项目”。

学生在校期间，经过专业教育与培训能够取得石油钻井工、井下作业工、录井工、油气田水处理工等油气勘探开发行业的职业技能等级证书以及油气勘探开发行业的HSE培训合格证书等。