2005年6月6日,天然气分公司正式揭牌成立。
2006年4月10日,中国石化山东天然气管网管理权正式移交至天然气分公司。
2007年8月31日,川气东送管道工程全线正式开工建设。
2008年10月,计量研究中心在湖北武汉成立,负责国家石油天然气大流量计量站武汉分站的筹建、维护、开发等工作。
2009年2月20日,中国石化第一条大口径、高压力天然气长输管道—川气东送管道达化末站点火投产成功。
2009年7月21日,天然气有限责任公司成立,与天然气分公司实行“一个机构,两块牌子”。
2010年10月22日,榆济管道工程投产进气。
2011年6月26日,天然气武汉调控中心正式启用。
2012年9月6日,中国石化第一座地下储气库—文96储气库投产成功,设计最大库容量为5.88亿立方米。
2013年7月,广西LNG项目全面开工建设。
2014年4月22日,川气东送管道工程顺利通过竣工验收,标志着正式进入运行阶段。
2014年12月13日,山东LNG首船商业气顺利到港,接收站试运投产一次成功。
2015年4月5日,涪陵—王场输气管道工程龙河悬索跨越顺利贯通。
2016年1月28日,国家石油天然气大流量计量站武汉分站进气投产成功。
2017年6月20日,成立川气东送、华北、华南3个大区域天然气销售中心及14个省级经营部。
2018年12月3日,天然气分公司首次引进系统外煤层气资源。
2019年9月16日,鄂安沧输气管道一期工程提前106天实现全线贯通。
2020年9月30日,顺利完成国家油气管网运营机制改革资产、股权、机构、人员划转移交。
2020年12月6日,天然气分公司累计经营天然气总量突破2200亿立方米。