Petrol jeolojisi, hidrokarbon yakıtların, özellikle de petrol veya petrolün menşei, doğal oluşumu, hareketi, toplanması ve keşfedilmesidir. Petrol jeolojisinin ana odağı petrol incelemek ve çalışmaktır.
Petrol jeolojisi sedimantolojiyi, kum, çamur ve kilin nasıl çökeltildiğini araştırmayı içerir. Dünya yüzeyinde bulunan kayaların çoğu tortul kayaçlardır. Sedimantolojiyi incelemek, petrol jeologlarının tortul kayaçlarda bulunan petrol yataklarının nasıl ortaya çıktığını anlamalarına yardımcı olur.
Petrol jeolojisinin bir başka yönü de stratigrafi, kaya tabakaları arasındaki ilişkinin incelenmesi ve hareket etme veya kayma şeklidir. Kaya tabakalarının hareketi, petrol yataklarının bulunduğu yeri ve ayrıca petrolün çıkarılmasını etkileyebilir.
