中国石油大学具有优良的体育传统。1953年建校之初，学校成立了多项体育代表队。二十世纪六十年代，体育代表队在北京高校中赫赫有名，足球队战胜北京体院队，女子篮球队是北京市甲级队，田径队曾夺得北京市高校女团总分第一名、男女团体总分第二名的好成绩。1987年，学校试办高水平运动队，是教育部批准全国首批试办高水平运动队高校之一。
多年来，在各级领导的关心与支持下，高水平运动队体育项目、赛事成绩都有良好保持和发展。目前，学校高水平运动队在校生110余人，重点项目为排球、田径、篮球和乒乓球。
男子排球曾获得全国大学生运动会冠军，两次获得全国大学生“兴华杯”排球赛冠军，1996年、1998年两次晋升全国甲级队，连续四届获山东省大学生运动会冠军，获得过全国大学生排球甲级联赛冠军、山东省大学生排球联赛冠军，连续四次获全国大学生排球联赛（北方赛区）冠军，2017年全国大学生联赛总决赛亚军，2018年全国大学生联赛总决赛冠军。2021年5月成功卫冕全国大学生联赛总决赛冠军，获得三连冠；同年7月首次代表山东省获中华人民共和国第十四届学生运动会冠军。
男子沙滩排球11次夺得全国大学生沙滩排球锦标赛冠军，两次代表国家参加亚洲大学生沙滩排球锦标赛夺得第三名，2013年参加世界大学生运动会。女子沙滩排球成立以来，已11次获得全国大学生沙滩排球比赛冠军，5次获得全国大学生沙滩排球比赛亚军，6次获得全国大学生沙滩排球比赛季军。2021年7月，我校派强将代表山东省获中华人民共和国第十四届学生运动会亚军。
乒乓球队获得全国大学生乒乓球锦标赛冠军1次，亚军3次，季军6次，2017年获得全国学生运动会（大学生组）混合双打季军，2020年获山东省大学生乒乓球锦标赛女子团体、女子单打、女子双打三项冠军。
男篮获CUBA山东赛区第三名进入东北赛区，并闯入全国24强，创历史最好成绩。女排获山东省大学生排球锦标赛第三名；田径获山东省大学生田径锦标赛两项冠军。
