圖書館的前身為1951年成立的西北石油工業專科學校圖書館，彼時僅有圖書4000余冊。1958年隨學校更名為西安石油學院圖書館，其時有藏書3.2萬冊。1969年隨學院改廠而停辦。1980年學校恢復重建，次年設立圖書館。2003年隨學校更名為西安石油大學圖書館。
圖書館由雁塔校區圖書館與鄠邑校區圖書館組成，兩個館舍分別于1986年和2012年啟用。圖書館建筑面積共計5.2萬平方米（其中雁塔校區圖書館6980平方米，鄠邑校區圖書館4.5萬平方米），共設有20個閱覽室、2個電子閱覽室、1個自習室，共有2000余個閱覽座位，周開放時長98小時，實行大開間、全開架借閱。圖書館下設辦公室、文獻建設部、信息技術部、參考咨詢部、讀者服務部、新校區讀者服務部、檔案館業務部等7個部門。
截止2016年底，圖書館館藏各類紙質文獻160萬冊、電子圖書近30萬冊，每年訂閱紙質中外文報刊1200余種，可遠程訪問中外文全文電子期刊約1.9萬種、電子圖書約330萬種（冊）。
圖書館重視電子文獻資源的建設，已形成網絡數據庫、本地鏡像站與光盤數據庫相結合的電子文獻資源保障系統。圖書館近年陸續引進含全文型、文摘型、事實數據型等在內的中外文網絡數據庫20余個。中文數據庫有中國知網、讀秀（百鏈）學術搜索平臺等。外文數據庫有PA（石油文摘）、SPE（美國石油工程師學會全文數據庫）、EI（工程索引）、SPRINGER（斯普林格全文數據庫）、ASME（美國機械工程師學會數據庫）等。
經過60多年的發展，圖書館已逐步形成以石油、石化、石油地質為特色，理、工、經、管、文等相結合的多學科、多載體、多類型的文獻資源保障體系。各種文獻資源不僅為教學和科研提供了強有力的文獻信息保障，同時也為西北各大油田、科研院所提供了有效的文獻信息服務。
圖書館開展文獻借閱、電子閱覽、館際互借、文獻傳遞、參考咨詢、情報檢索、定題服務、查收查引、讀者教育等多類型、多層次的服務。圖書館是陜西省高校圖工委常委單位，也是全國石油高校圖書館聯盟成員單位，與兄弟院校圖書館建立了廣泛的館際文獻資源共享關系，可通過館際互借、文獻傳遞等方式獲取館外文獻。
圖書館擁有先進的網絡平臺及網站，有10余臺服務器及100T的磁盤陣列。圖書館建立了資源統一檢索平臺，進一步提高了文獻資源服務能力。圖書館采用MELINETS圖書館管理系統、方正Apabi學位論文提交系統、暢想之星隨書光盤系統，全面實現了書刊采訪、編目、流通、信息檢索等主要業務管理和讀者服務的自動化、系統化、網絡化。圖書館開通了移動圖書館及微信服務，讀者在任何地方均可便捷地使用圖書館資源和服務。
圖書館實行藏、借、閱一體化的開放式管理模式，讀者憑借校園一卡通入館。館內設有各種讀者服務設施與設備，擁有250臺電腦終端的電子閱覽室，設有書店、打字復印部、飲品吧、飲水機，同時，還為讀者提供自助借還書系統、讀報機、電子書閱讀機、自助文印系統等自助服務設施。館內實現了有線及無線網絡雙覆蓋。
圖書館現有館員85人，其中：有博士1人，碩士19人，本科以上學歷人員達70%。擁有三級教授1人，研究館員2人，副研究館員8人，中級職稱以上人員占80%。
圖書館根據學校專業設置以及人才培養目標，不斷優化館藏結構，拓寬為教學科研服務的范圍。經過多年努力，圖書館已初步形成以文獻信息服務為核心的全方位、多層次、開放式的文獻信息服務體系，為學校將來的發展奠定了良好基礎。
