1970년 전신인 한국합성고무공업이 설립됐고, 1985년 금호화학과 합병하며 금호석유화학으로 사명을 바꿨다(나무위키). 1987년 한국증권거래소에 상장했다(한경매거진&북).
2009년 모기업 금호아시아나그룹이 대규모 M&A 이후 유동성 위기에 빠지며 그룹 리스크가 번졌고(위키백과), 2010년 박찬구 회장이 대표이사로 취임해 독립 경영에 나섰다(블로터). 2011년 친환경 타이어 소재 S-SBR 생산능력을 연 2만4000톤에서 8만4000톤으로 늘렸다(동아일보). 2015년 대법원이 금호아시아나그룹과의 계열 분리를 확정했다(연합인포맥스).
2021년 조카 박철완 전 상무가 경영권에 도전하며 이사회 진입 시도와 소송이 이어졌고(비즈니스포스트), 2023년 박찬구 회장이 명예회장으로 물러나며 오너 3세의 경영 참여가 본격화됐다. 2025년 SSBR 생산능력을 연 15만 톤 이상으로 늘렸고(뉴스1), 2026년 글로벌 석유화학 업황 부진으로 1분기 영업이익이 크게 줄었다(더밸류뉴스).