从1972年在金山卫杭州湾畔围海造地，到2012年六期工程建成投产，上海石化主要经历了以下几个重要发展阶段。

一期工程是我国第一批从国外引进化工化纤生产装置和技术的国家重点建设工程之一。1974年打桩，1976年建成投入生产，建设了以生产乙烯、涤纶、维纶、腈纶、塑料为主的18套生产装置。该工程的建设对促进我国掌握石化化纤新技术，自主生产石化产品，加速发展合成纤维工业，解决全国人民的穿衣问题作出了贡献。

二期工程于1980年开工，1985年全面建成，主要建设了10套生产装置。该工程使上海石化年增合纤原料20万吨，较大幅度地提高了生产能力，使上海石化成为当时国内化纤织物原料的“龙头老大”。

三期工程于1987年开工，1992年全面建成，主要建设了年产30万吨乙烯等7套生产装置。三期工程使上海石化完成从生产化纤为主向油化纤塑综合发展的转变，成为当时全国最大的炼油化工一体化、高度综合的石油化工生产基地。

1993年，上海石化由原上海石油化工总厂重组改制为上海石油化工股份有限公司。股份制改制使上海石化在中国石化行业领先一步建立起现代企业制度的基本框架，走出了一条符合中国国情、具有上海石化特色的国有企业改革、发展之路。

四期工程于2000年开工，2002年全面建成。主要进行了以年产70万吨乙烯改造工程为主的一系列内涵挖潜改造。该工程使上海石化在生产规模、技术水平、产品质量、销售收入、综合实力等方面迈上了新台阶。

五期工程（结构调整工程）以优化结构和实现可持续发展为主线。在2003-2009年间，主要建设了330万吨/年柴油加氢装置、60万吨/年PX芳烃联合装置、15万吨/年碳五分离装置等资源综合利用项目及多项节能环保项目。该工程使上海石化的资源和产品结构进一步优化，炼油化工一体化的综合竞争实力得到提升。

六期工程以炼油改造和技术进步项目为主体。在2010-2012年间，主要建设390万吨/年渣油加氢装置、350万吨/年催化裂化装置等炼油改造项目和天然气综合利用项目、碳纤维项目等。该工程使上海石化炼化一体化产业链的水平进一步提升，为建设“国内领先、世界一流”炼化企业奠定了坚实基础。