Wspomniane pięć rafinerii na ziemiach polskich to zakłady w Jaśle (powstałe w 1888 r.), Jedliczach (1902 r.), Gliniku Mariampolskim (1886 r.), Trzebini (1895 r.) i Czechowicach (1907 r.). O zlikalizowanie na ich terenie tak dużej inwestycji, jaką miała być nowa rafineria, zabiegało kilkanaście miejscowości zlokalizowanych w centralnej i wschodniej Polsce. Ostatecznie, pod koniec 1958 r. podjęto decyzję o umiejscowieniu jej w Płocku, a 5 stycznia 1959 r. Komitet Ekonomiczny Rady Ministrów oficjalnym rozporządzeniem zadekretował rozpoczęcie inwestycji.
2Pierwszego dnia grudnia 1959 r. powołano do istnienia przedsiębiorstwo "Mazowieckie Zakłady Rafineryjne i Petrochemiczne w budowie". Koszt inwestycji oszacowano na 30 mld złotych, które rozpisane były na trzy kolejne plany pięcioletnie. Zakończenie budowy zaplanowano wstępnie na 1965 r. W tym też roku usunięto z nazwy określenie "w budowie".
Tak wyjątkowa inwestycja wymagała również powołania specjalnej firmy budowlanej. W 1960 r. w Płocku powstała więc Petrobudowa, która nadzorowała powstawanie zakładu. Jednocześnie założono kilkaset przedsiębiorstw zapewniających zaplecze produkcyjne oraz materiały do wznoszenia skomplikowanych instalacji.
Choć podstawowa część rafinerii została ukończona w 1965 r., to w kolejnych latach powstawały kolejne jej elementy. Jednym z najważniejszych była wznoszona w latach 1976-80 na japońskiej licencji część produkująca tworzywa sztuczne, polipropylen, polietylen i inne.
Produkcja rozpoczęła się 17 sierpnia 1964 r. Tego dnia o godzinie 19 popłynęły pierwsze tony benzyny, oleju napędowego i oleju opałowego.
Znakiem firmowym zakładu była stylizowana retorta, naczynie chemiczne z wpisaną w nie literą „P” wywodząca się zarówno od słowa petrochemia, jak i nazwy miasta Płock. Od początku swojego istnienia logo występowało najczęściej w biało-niebieskiej kolorystyce.
W maju 1998 roku Rada Ministrów podjęła decyzję o utworzeniu narodowego koncernu naftowego z połączenia Centrali Produktów Naftowych CPN S.A. i Petrochemii Płock S.A. 7 września 1999 roku formalnie utworzono Polski Koncern Naftowy S.A., który pod koniec roku przyjął nazwę PKN ORLEN S.A.