Размещение нефтедобывающей промышленности соответствует наличию сырьевой базы по областям и республикам района. Более половины добычи нефти приходится на Республику Татарстан. Крупнейшим центром нефтедобычи здесь является Альметьевск, развившийся на базе самого мощного в Поволжье Ромашкинского месторождения. От Альметьевска берет свое начало нефтепровод «Дружба». Выделяется добычей нефти и Самарская область, важнейшими центрами нефтедобычи являются города Отрадньий и Нефтегорск. Достаточно мощные нефтепромыслы расположены в Волгоградской и Саратовской областях. В настоящее время получает развитие нефтедобыча и в Республике Калмыкии.
В Поволжье создана мощная газодобывающая отрасль промышленности. Добыча природного газа ведется преимущественно в областях Нижнего Поволжья - Волгоградской, Саратовской, Астраханской и Республике Калмыкии. Здесь на базе Астраханского газокондексатного месторождения формируется промышленный узел -по добыче и переработке газа и конденсата.
Непосредственно с добычей нефти и газа связано развитие нефти и газоперерабатывающей промышленности. На промыслах производятся очистка нефти от воды, болей, подготовка ёе к дальнейшей переработке, действуют установки комплексной подготовки нефти, с помощью которых получают углеводородное сырье. В Самарской области и Республике Татарстан собирают нефтяной попутный газ, содержащий пропан, бутан, этан и другие компоненты. На промыслах утилизируют попутные нефтяные газы, из которых на Миннибаевском (Татарстан) и Отрадненском (Самарская область) газобензинных заводах вырабатывают сжиженные газы и газовый бензин. Дальнейшей переработке нефть и газ подвергаются на нефтеперерабатывающих предприятиях, где из них получают топливо (автомобильный бензин, дизельное топливо, мазут), смазочные материалы; сжиженные газы (пропан, бутан, изобутан и другие), являющиеся ценным сырьем для химических производств (Приложение А и Б).
Крупнейшими предприятиями нефтепереработки в Самарской области являются Сызранский нефтеперерабатывающий завод на базе эвакуированного во время войны Бакинского НПЗ, Самарский нефтеперерабатывающий завод и Новокуйбышевский нефтехимический комплекс; в Республике Татарстан - нефтеперерабатывающий завод в Альметьевске, Волгоградский НПЗ – ведущий в стране по выработке смазочных масел.
Нефтепереработка есть в Саратове, технологическая установка по переработке нефти создана на Нижнекамском нефтехимическом комплексе (Республика Татарстан). В настоящее время в районе перерабатывается не только поволжская нефть, но и поступающая из Западной Сибири по нефтепроводу Самотлор - Тюмень - Курган - Альметьевск.
Очень высокого уровня достигла химическая и нефтехимическая промышленность
, являющаяся одной из отраслей народно-хозяйственной специализации Поволжья. Для нефтегазохимического цикла характерна высокая территориальная концентрация производства. В районе сложилось несколько крупных нефтехимических узлов. Сочетания нефтехимических производств в наиболее законченном виде возникли в пределах Самарской Луки - в Самаре, Новокуйбышевске, Сызрани, Тольятти.
В Тольятти находятся заводы по производству синтетического каучука, минеральных удобрений. В Казани построен завод органического синтеза по выпуску полиэтилена высокого и низкого давления. Частично используя нефтехимическое сырье Волгоградского нефтеперерабатывающего завода, работают химические предприятия в городах Волгограде и Волжском. Волжский химический комбинат выпускает синтетический каучук, спирт, искусственное волокно. В городе организовано производство шин и резино-технических изделий. На Волгоградском химическом комбинате на базе переработки соли и природного газа создано производство соды, хлора, ацетилена, удобрений и хлорорганических продуктов, полихлорвиниловых и эпоксидных смол. Меньшее по объему сочетание химических производств есть в Саратове (синтетический спирт, искусственные волокна), Энгельсе и Балакове (искусственные волокна). На базе Астраханского газоконденсантного месторождения работает Астраханский газовый комплекс, включающий газопромыслы и газоперерабатывающий завод. Комплекс специализирован на выпуске технической газовой серы, автомобильного бензина, дизельного и котельного топлива, пропан-бутановой фракции.