ในปี พ.ศ. 2516 ราคาน้ำมันดิบในตลาดโลกปรับตัวสูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง ส่งผลให้ราคาน้ำมันเชื้อเพลิงในประเทศสูงขึ้นตามไปด้วย คณะรัฐมนตรีในขณะนั้น จึงได้ออกพระราชกำหนดแก้ไขและป้องกันภาวะการขาดแคลนน้ำมันเชื้อเพลิง พ.ศ. 2516 โดยมีสาระสำคัญกำหนดให้นายกรัฐมนตรีมีอำนาจออกคำสั่งเพื่อกำหนดมาตรการแก้ไขและป้องกันการขาดแคลนน้ำมันเชื้อเพลิงให้ทันต่อเหตุการณ์ต่างๆ ที่เกิดขึ้นในแต่ละช่วงเวลา

ในปี พ.ศ. 2520 กลุ่มประเทศผู้ส่งออกปิโตรเลียม (Organization of the Petroleum Exporting Countries : OPEC) ได้ประกาศขึ้นราคาน้ำมันดิบ เป็นเหตุให้ผู้ค้าน้ำมันไม่สามารถรับภาระขาดทุนในการนำน้ำมันดิบเข้ามากลั่นในประเทศ หรือนำน้ำมันเชื้อเพลิงสำเร็จรูปเข้ามาจำหน่ายได้อีกต่อไป รัฐบาลจึงได้ทำการปรับราคาผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมจากโรงกลั่นน้ำมันในประเทศให้สูงขึ้น อย่างไรก็ตาม การปรับราคาขายปลีกดังกล่าวเป็นไปในสัดส่วนที่น้อยกว่าการเพิ่มขึ้นของราคาน้ำมันดิบ รัฐบาลจึงได้จัดตั้งกองทุนรักษาระดับราคาน้ำมันเชื้อเพลิง ตามคำสั่งนายกที่ 178/2520 ลงวันที่ 19 กันยายน 2520 เรื่องการกำหนดให้ผู้ค้าน้ำมันส่งเงินเข้ากองทุนรักษาระดับราคาน้ำมันเชื้อ เพลิงและการจ่ายเงินชดเชยให้แก่ผู้ค้าน้ำมัน โดยให้ผู้ผลิตน้ำมันเชื้อเพลิงและผู้จำหน่าย รวมทั้งผู้นำเข้าผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม ส่งเงินเข้ากองทุนรักษาระดับราคาน้ำมันเชื้อเพลิง และจะใช้เงินจากกองทุนรักษาระดับราคาน้ำมันเชื้อเพลิงในการจ่ายเงินชดเชยให้ แก่ผู้ค้าน้ำมัน

ในปี พ.ศ. 2521 รัฐบาลได้ประกาศเพิ่มค่าเงินบาท ทำให้ผู้นำเข้าน้ำมันได้กำไรจากอัตราแลกเปลี่ยน รัฐบาลเห็นว่ากำไรที่เกิดขึ้นไม่ใช่กำไรจากการดำเนินงาน จึงได้มีคำสั่งนายกรัฐมนตรีที่ 206/2521 ลงวันที่ 29 ธันวาคม 2521 จัดตั้งกองทุนรักษาระดับราคาน้ำมันเชื้อเพลิง (เงินตราต่างประเทศ) และกำหนดให้ผู้นำเข้าน้ำมันเชื้อเพลิงนำส่งกำไรที่เกิดจากการเพิ่มค่าเงินบาทเข้ากองทุนรักษาระดับราคาน้ำมันเชื้อเพลิง (เงินตราต่างประเทศ) เพื่อเก็บไว้ใช้ทดแทนเมื่อราคาน้ำมันดิบเพิ่มสูงขึ้น

ในปี พ.ศ. 2522 กลุ่มประเทศผู้ส่งออกปิโตรเลียม (OPEC) ได้ประกาศขึ้นราคาน้ำมันดิบ 4 ครั้ง เพื่อเป็นการรักษาระดับราคาขายปลีกน้ำมันเชื้อเพลิงภายในประเทศให้มี เสถียรภาพ ไม่ต้องปรับราคาขายปลีกน้ำมันเชื้อเพลิงทุกครั้งที่ราคาน้ำมันดิบเปลี่ยนแปลง รวมทั้งรัฐบาลต้องการรวมกองทุนต่างๆ ที่จัดตั้งขึ้นเพื่อการรักษาระดับราคาขายปลีกน้ำมันเชื้อเพลิงให้เป็นกองทุนเดียวกัน จึงได้จัดตั้งกองทุนน้ำมันเชื้อเพลิงขึ้น ตามคำสั่งนายกรัฐมนตรีที่ สร. 0201/9 ลงวันที่ 27 มีนาคม 2522 โดยการรวมกองทุนรักษาระดับน้ำมันเชื้อเพลิงกับกองทุนรักษาระดับราคาน้ำมันเชื้อ เพลิง (เงินตราต่างประเทศ) เข้าด้วยกัน

ต่อมามีคำสั่งนายกรัฐมนตรีที่ 4/2547 เรื่อง กำหนดมาตรการเพื่อแก้ไขและป้องกันภาวะการขาดแคลนน้ำมันเชื้อเพลิง ซึ่งประกาศในราชกิจจานุเบกษา เล่มที่ 122 ตอนที่ 25 ง ลงวันที่ 23 มีนาคม 2548 โดยมีผลบังคับใช้ตั้งแต่วันที่ 24 ธันวาคม 2547 เป็นคำสั่งนายกรัฐมนตรีที่ออกโดยอาศัยอำนาจตามพระราชกำหนดแก้ไขและ ป้องกันภาวะการขาดแคลนน้ำมันเชื้อเพลิง พ.ศ. 2516 โดยมีวัตถุประสงค์หลักเพื่อการรักษาเสถียรภาพของระดับราคาขายปลีกน้ำมันเชื้อเพลิงภายในประเทศ

ปัจจุบันกองทุนน้ำมันเชื้อเพลิง จัดตั้งขึ้นตามพระราชบัญญัติกองทุนน้ำมันเชื้อเพลิง พ.ศ. 2562 ซึ่งประกาศในราชกิจจานุเบกษา เล่มที่ 136 ตอนที่ 69 ก ลงวันที่ 27 พฤษภาคม 2562 มีผลบังคับใช้ตั้งแต่วันที่ 24 กันยายน 2562 มีวัตถุประสงค์เพื่อรักษาเสถียรภาพระดับราคาน้ำมันเชื้อเพลิงในประเทศให้อยู่ในระดับที่เหมาะสมในกรณีที่เกิดวิกฤตการณ์ด้านน้ำมันเชื้อเพลิง โดยการด้าเนินงานตามวัตถุประสงค์ให้อยู่ภายใต้กรอบนโยบายการบริหารกองทุนตามที่คณะกรรมการนโยบายพลังงานแห่งชาติกำหนด