Kısa adı PETKiM olan Petrokimya Holding A.Ş. 'nin kuruluşu; 1962 yılında I. Beş yıllık Kalkınma Planı sürecinde benimsenen Türkiye’de sanayinin kurulması düşüncesinin, 3 Nisan 1965 yılında TPAO (Türkiye Petrolleri Anonim Ortaklığı) öncülüğünde gerçekleştirilmesi geçmişine dayanmaktadır.

Petkim ilk yatırım faaliyetlerine izmit, Yarımca’daki Kauçuk ve daha sonra da Etilen, Polietilen, Klor Alkali, VCM ve PVC tesislerinde başladı.

Aiağa tesisilerinin kurulmasından sonra, 1971 yılında Çanakkale'de plastik işleme fabrikası açılarak üretime başladı. Türkiye'de otomotiv sanayiinin gelişmesine paralel olarak 1976 yılı Ağustos ayında Petlas Lastik Sanayi A.Ş. kurularak yerli otomobil lastiği üretimine başlandı. 1984 yılında izmir, Aliağa'daki işletmelerinin yapımını bitiren Petkim Aliağa Tesisleri işletmeye açıldı. 1985 yılında ALPET A. Ş. ve YARPET A. Ş. adıyla Petkim'e bağlı ortaklık haline getirilen Aliağa ve Yarımca işletmeleri1986 yılında özelleştirme kapsdıbına alınıp, 1989 yılında Toplu Konut ve Kamu Ortaklığı idaresi’ne bağlandı. Aliağa, 1993 yılında Petkim'in merkezi haline getirildi. Giderek çalışma alanını genişleten PETKiM, yeni ürünlerle piyasaya girmesiyle birlikte; TS - EN - ISO 9002 kalite belgesi almaya hak kazandı.

Giderek büyüyen Petkim Yarımca Kompleksi, Özelleştirme Yüksek Kurulu’nun kararıyla 60 milyon ABD doları karşılığı Tüpraş’a devredildi. Bu süreçte Petkim'in birçok alandaki üretimleri kapasite artırımına giderken, kuruluş artık kendi elektriğini kendi üretir hale geldi.

2001 yılında Petkim arıtma tesislerinde oluşan arıtma çamurları dahil, Türkiye'nin 81 ilinden toplanan çeşitli atıkların işlendiği sıvı ve katı atık giderme tesislerinin inşaatı montajı, 2002 yılında da tamamı bitirildi. 2003 yılında Çanakkale Plastik işleme Fabrikası sökülerek Aliağa'ya taşındı. Aynı yıl sıvı ve katı atık yakma denemelerine başlandı. 2005 yılında son onbeş yılın en büyük ihracat sınırlarını aşan Petkim, 2006 yılında Buhar Üretim Ünitesi'nde fuel-oil’den doğal gaza dönüşüm çalışmalarına başladı. Yine 2006 yılında kurum, Uluslararası kredi derecelendirme kuruluşu Standart and Poor’s ve Sabancı Üniversitesi Kurumsal Yönetim Forumunun birlikte yaptığı araştırmaya göre Petkim Türkiye’nin en şeffaf 5 şirketi arasında yer aldı. 30.05.2008 tarihinde özelleştirilmesi tamamlanan şirkette halen %10 oranında kamu hissesi bulunmaktadır.Bu hisseyi SOCAR TURKEY 168 milyon 500 bin dolar bedelle satın almıştır.