石油的形成原因是一個複雜的過程，主要可以歸結為兩種理論：無機成因說和有機成因說。
無機成因說認為石油是由無機化合物經化學反應形成的，可能來源於地球深部高溫條件下的原始碳或其氧化態，通過還原作用形成，或者是在宇宙（地球）形成初期已經存在的碳氫化物，隨著地球冷卻被吸收並凝結在地殼上部，然後沿裂隙溢向地表形成油氣藏。
有機成因說則認為石油是由古代生物經過長時間沉積形成的，這些古代生物（如海洋動物和藻類）死後埋在土壤中，經過長期的壓縮和加熱作用，其遺體和殘骸中的有機質沉積在海底或湖底並被其他碎屑沉積物或化學沉積物埋藏，隨著沉積物的不斷累積和埋深，這些有機質經歷了複雜的生物化學及化學變化，最終形成石油和天然氣。
現代理論認為石油的形成可能同時涉及無機和有機過程，但以有機過程為主。這兩種理論都有其依據，但目前有機成因說更為廣泛接受。