20世紀80年代后期，針對我國自產原油普遍偏重且石油資源相對不足這一事關國家能源安全的重大戰略問題，著名石油化工專家楊光華教授、林世雄教授、時銘顯教授等向國家計委建議，成立專門針對重質油的國家重點實驗室。這就是于1995年正式對外開放的我國石油石化領域惟一的國家重點實驗室——重質油加工國家重點實驗室。2002年，實驗室更名為“重質油國家重點實驗室”。
　　近年來，重質油國家重點實驗室積極開展前沿基礎研究，研發具有自主知識產權的關鍵技術，打造高素質創新研究團隊，培養高層次人才，搭建高水平研究平臺，構筑國際合作與交流核心基地，發展成為在國內外有一定知名度的高水平重質油基礎性研究基地。
　　在2009年的周期性評估中，專家組對實驗室的發展給予了肯定，認為實驗室總體定位目標明確，圍繞國家重大急需，對保障中國未來能源需求發揮了重要作用，對中長期能源政策產生了影響；科研成果豐富，并且產生了很大效益；為石油行業培養了人才。但專家組同時指出：與其他同類國家重點實驗室相比，重質油國家重點實驗室高層次人才較為短缺，國內、國際的開放度不足，申報成果獎較少，需要提高已有代表性成果的公信度、公認度和顯示度。
　　此后的兩年，重質油國家重點實驗室在科技部、教育部、中石油及所依托的中國石油大學（北京）和中國石油大學（華東）的領導和支持下，開始了大幅度、全方位、深層次的整改。
　　2009年9月至12月，實驗室針對存在的問題和不足，認真學習研討《國家重點實驗室建設與運行管理辦法》、《國家重點實驗室評估規則》等文件精神，多次召開各層面專家參加的整改措施研討會，到精細化工國家重點實驗室等優秀實驗室觀摩學習，深層次思考國家重點實驗室建設和發展的定位與路徑，明確了整改任務，確立了整改目標，最終提出了實驗室整改發展的有力措施。
　　群策群力，共謀發展。通過兩年多扎扎實實的工作，重質油國家重點實驗室各項整改措施在實踐中展現出蓬勃的生命力，為實驗室一系列成績的取得奠定了堅實的基礎。
錘煉研究方向
根據國家能源資源中長期發展的重大戰略需求，從學科發展高度和學術前沿角度出發，實驗室以基礎科學研究為主導，明確了實驗室的總體定位：以國家重大需求為導向，以“重質油高效開采與轉化利用”為核心，以前沿性應用基礎研究和重大技術創新為目標，發展新理論、新方法，打造高素質研究隊伍，構筑高水平科學研究平臺和高層次人才培養基地，為國家能源安全和可持續發展做出重大貢獻。同時，以解決制約重質油高效轉化與優化利用的關鍵科學問題為重點，更大范圍地調整實驗室涉及的研究領域，將此前的5個方向進一步凝練為重質油化學、重質油轉化利用催化劑、重質油轉化利用工藝與工程三個研究方向。三個研究方向始終圍繞重質油高效潔凈轉化與優化利用關鍵基礎理論的科學內涵和應用技術開發的關鍵要素，實現了多學科的交叉和相互轉化。
優化運行機制
按照“開放、流動、聯合、競爭”的原則，實驗室進一步優化固定人員組成，實行動態管理，每年調整一次。為此，實驗室建立了“固定人員候選人庫”，相關學科研究人員按成果貢獻多少進入實驗室固定人員名單。
　　為推動高層次人才隊伍、青年優秀人才隊伍和后備人才隊伍的建設，實驗室加強了國家層面杰出人才、杰出海外留學人員和基礎研究人才的引進，為青年研究人員另設“職稱晉升特殊通道”，建立實驗室“基礎研究梯隊”，為實驗室補充強勁、新鮮、活躍的有生力量。實驗室自主研究經費重點用于杰出人才、國家級重大項目、國家科技獎勵、高檔次學術論文、新進優秀人才啟動的成果導向配套支持。實驗室進一步改進管理模式，成立了新一屆學術委員會，改組了領導班子，在各研究方向上由學科帶頭人或骨干教授擔任實驗室副主任。
整合研究平臺
發展空間的限制一直是中國石油大學（北京）發展過程中不得不面對的難題。學校在辦學空間非常緊張的情況下，為實驗室增加了1500平方米的面積，新建中試房屋面積500平方米，并給予實驗室免費使用面積4000平方米，全面修繕了化工樓實驗室，將教授辦公室、實驗室會議室等移入新區。有了這樣的條件保證，實驗室按基礎分析平臺和3大基礎研究方向調整了實驗室布局，在化工樓一樓設置分析測試平臺，集中實驗室公共平臺資源，提升了儀器分析、材料分析、油品分析三個板塊的儀器檔次和分析質量。中國石油大學（華東）新增實驗室面積2000平方米，成立了儀器分析中心和油品分析中心，完善了中試平臺。
融合研究力量
根據調整后的研究方向，實驗室充分挖掘中國石油大學（北京）和中國石油大學（華東）的人才和平臺資源，突出研究平臺、研究方向、研究人員的融合，形成了充滿活力的核心研究力量。
　　融合后的“重質油成因、成藏及開采”研究團隊以重質油成因成藏的化學機理、重質油開采過程的化學問題、重質油開采過程的工程問題為主要研究內容；“能源材料微結構中心”研究團隊以催化新材料和納米材料為主要研究內容；“生物技術與工程”研究團隊以重質油生物開采、重質油生物轉化與處理、生物法合成催化新材料、生物法生物質能源為主要研究內容。