Переработка нефти в Группе «Газпром» осуществляется на предприятиях компании «Газпром нефть». Основным из них является Омский нефтеперерабатывающий завод (с установленной мощностью 19,5 млн т в год) — одно из крупнейших и наиболее совершенных предприятий в российской нефтепереработке. В январе 2011 года Московский НПЗ начал производство топлива четвертого экологического класса. В марте 2011 года на Омском НПЗ началось производство бензинов четвертого класса, в июле — пятого класса, которые аналогичны нормам «Евро-4» и «Евро-5» соответственно.

Компания «Газпром нефть» контролирует ОАО «Московский НПЗ» (установленная мощность 12,15 млн т в год) и 50% ОАО «НГК «Славнефть», владеющей нефтеперерабатывающим предприятием «Ярославнефтеоргсинтез» (установленная мощность — 15,2 млн т), поэтому «Газпром нефть» имеет доступ в соответствующей доле к его перерабатывающим мощностям. В 2013 году все НПЗ «Газпром нефти» переходят на выпуск нефтепродуктов стандартов «Евро-4» и «Евро-5».

В декабре 2008 года Группа «Газпром» стала владельцем 50% плюс одна акция ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» (теперь «Газпром нефтехим Салават») — одного из лидеров газо- и нефтехимической промышленности России. В 2011 году доля «Газпрома» возросла до 69,03%. «Газпром нефтехим Салават» — уникальный производственный комплекс, обеспечивающий полный цикл переработки углеводородного сырья, нефтехимии, производства минеральных удобрений. Мощности компании по переработке нефти и газового конденсата составляют около 7 млн т, перечень производимой продукции насчитывает более 140 наименований. Предприятия «Газпром нефтехим Салават» связаны сырьевыми, транспортными и продуктовыми потоками с газодобывающими и газоперерабатывающими дочерними обществами «Газпрома».

Расширение газохимического сектора «Газпрома» осуществляется в ходе создания Ново-Уренгойского газохимического комплекса. На нем, в частности, планируется производить 400 тыс. т в год полиэтилена низкой плотности при переработке 1,4 млн т в год газов, получаемых как попутные продукты на Уренгойском заводе по подготовке конденсата.

В 2011 году предприятиями «Газпрома» переработано 33,2 млрд куб. м природного и попутного газа, 53,5 млн т нефти и нестабильного газового конденсата.

С целью повышения эффективности использования газа, минимизации рисков, связанных с загрязнением окружающей среды и налогообложением, увеличения выручки от продажи дополнительных объемов попутного газа и продуктов его переработки с 2008 году Группа «Газпром» ведет работу над решением проблемы использования ПНГ.

Разработка вариантов рационального использования ПНГ на месторождениях Группы осуществляется по следующим основным направлениям:

• увеличение доли ПНГ нефтегазоконденсатных месторождений, направляемого на совместную переработку с природным газом, путем создания дополнительных компрессорных мощностей;
• создание энергетических установок по выработке электроэнергии, как на собственные нужды, так и для реализации в систему единого энергоснабжения;
• создание новых ГПЗ и обеспечение последующей транспортировки продукции переработки на действующие и планируемые к созданию нефтехимические мощности для глубокой переработки и производства продукции с высокой добавленной стоимостью;
• закачка избыточных объемов ПНГ в продуктивный пласт для повышения нефтеотдачи пласта;
• создание газохимических мощностей переработки ПНГ в жидкие углеводороды в регионах, не обеспеченных газотранспортной системой, в первую очередь применительно к месторождениям Восточной Сибири.

Уровень использования попутного нефтяного газа по Группе «Газпром» в 2011 году в среднем составил 68,4% (в 2010 году — 64%, в 2009 году — 59%), при этом ООО «Газпром добыча Оренбург», ООО «Газпром переработка» и ООО «Газпром нефть Оренбург» уже используют 100% ПНГ.

В ОАО «Газпром нефть» разработана и реализуется «Газовая программа», направленная на достижение в 2014 году 95-процентного уровня использования ПНГ. Работа компании в этом направлении состоит из трех основных региональных проектов: на Южно-Приобском месторождении, на Вынгапуровской группе месторождений (Ноябрьский интегрированный проект), а также на Шингинском, Урманском, Арчинском, Нижнеи Западно-Лугинецких месторождениях (Томский интегрированный проект). В 2010 году в рамках деятельности по утилизации ПНГ компания приняла решение о строительстве на Южно-Приобском месторождении компрессорной станции и системы сбора попутного нефтяного газа. Это позволит направлять на Южно-Балыкский газоперерабатывающий комплекс порядка 500 млн куб. м газа в год, доведя уровень утилизации ПНГ на месторождении до 95%.