Mažeikių naftos perdirbimo įmonė pradėjo dirbti 1980 metais. Šiandien „ORLEN Lietuva“ – vienintelė naftos perdirbimo įmonė Baltijos valstybėse, dirbanti kaip „Typical Complex Refinery“ (kompleksinio perdirbimo įmonė).

Projektinis AB „ORLEN Lietuva“ naftos perdirbimo produktų gamyklos pajėgumas – 10 mln. t naftos per metus. Siekiant geriau išnaudoti gamybinius pajėgumus, perdirbama ir kita žaliava — dujų kondensatas, mazutas ir vidutiniai distiliatai.

Iki 2006 m. liepos žaliava į naftos perdirbimo gamyklą Mažeikiuose buvo importuojama iš Rusijos. „Urals“ nafta į Lietuvą buvo transportuojama 720 mm skersmens naftotiekio magistrale per Novopolocką (Baltarusija) iki Biržų, iš kur 220 km atšaka pasuka į Mažeikių naftos perdirbimo produktų gamyklą. Vamzdyno atšakos iki Mažeikių projektinis pajėgumas – 16 mln. t per metus.

Pradėjus veikti reversiniam importo-eksporto terminalui Būtingėje, atsirado alternatyvaus žaliavos tiekimo galimybė. Nutrūkus naftos tiekimui vamzdynu, Bendrovė žaliava apsirūpina per Būtingės terminalą. Jo metinis projektinis pajėgumas 14 mln. tonų.

2000-aisiais, siekiant pagerinti gamybos efektyvumą, sumažinti kaštus ir pasiekti geresnę produkcijos kokybę, pradėta įgyvendinti modernizacijos programa.

2003 m. rugsėjo mėnesį baigtas Mažeikių naftos perdirbimo produktų gamyklos modernizacijos programos pirmasis etapas.

2004 m. pradėti antrojo modernizacijos etapo darbai. Pradėta eksploatuoti šviesiųjų naftos produktų uždaro pylimo į geležinkelio cisternas estakada.

2007 m. rugpjūčio mėnesį paleistas katalizinio krekingo benzino nusierinimo įrenginys ir pradėta naujojo vandenilio gamybos įrenginio statyba.

2009 m. birželio mėnesį iškilmingai atidarytas naujasis vandenilio gamybos įrenginys.

2013 m. balandžio mėn. iškilmingai atidarytas naujas sieros degazavimo ir granuliavimo įrenginys.

2014 m. vasario mėnesį pradėtas eksploatuoti visbrekingo likučio vakuuminės rektifikacijos įrenginys.

2018 m. sausio mėnesį pradėtas eksploatuoti 6-as naftos rezervuaras Būtingėje.