Cùng với các lĩnh vực hoạt động khác, hoạt động đầu tư của Tập đoàn đã bám sát Chiến lược phát triển của ngành Dầu khí đến năm 2015 và định hướng đến năm 2025 và kế hoạch 5 năm được Chính phủ phê duyệt. Trong giai đoạn 2006 - 2010, công tác đầu tư đã đạt được kết quả tốt, các dự án được tiến hành đồng loạt, mở rộng cả về số lượng và quy mô từ khâu tìm kiếm thăm dò đến chế biến dầu khí và dịch vụ dầu khí, đặc biệt có những dự án có ý nghĩa hết sức quan trọng đối với nền kinh tế có quy mô lớn và tổng mức đầu tư hàng tỷ USD đã được Tập đoàn triển khai thành công, góp phần nâng cao vị thế, uy tín và thương hiệu của Petrovietnam ở trong nước và nước ngoài.
Trong 5 năm qua, toàn Tập đoàn đã triển khai tổng số 428 dự án trong đó có 5 dự án trọng điểm Nhà nước đã hoàn thành, 68 dự án nhóm A, 179 dự án nhóm B và 181 dự án nhóm C, chưa kể các dự án do các đơn vị liên kết đầu tư. Giá trị thực hiện đầu tư trong 5 năm 2006 - 2010 đạt 283 nghìn tỷ đồng, đạt 75% so kế hoạch (376 nghìn tỷ đồng), tăng 1,8 lần so với thực hiện kế hoạch giai đoạn 2001 - 2005 (154 nghìn tỷ đồng), tỷ lệ tăng trưởng bình quân giai đoạn 2006 - 2010 đạt 22%/năm, trong đó, đầu tư cho lĩnh vực thăm dò khai thác dầu khí là 99,3 nghìn tỷ đồng, khí điện là 64 nghìn tỷ đồng, chế biến dầu khí là 69,5 nghìn tỷ đồng, dịch vụ dầu khí và đầu tư khác chiếm 50,2 nghìn tỷ đồng.
Tiến độ đầu tư phần lớn các dự án được đảm bảo, hệ số đầu tư tăng trưởng trung bình đạt mức cao (ICOR=1,33), thu hút đầu tư trực tiếp nước ngoài (FDI) vào lĩnh vực dầu khí được đẩy mạnh (đạt 11,5 tỷ USD). Với những dự án quan trọng của Ngành, Tập đoàn đã ban hành những văn bản quy định cụ thể quản lý đầu tư xây dựng cơ bản như Nghị quyết số 233/NQ-ĐU ngày 17/3/2009 về “phát huy nội lực, tăng cường và ưu tiên sử dụng các dịch vụ trong Ngành” đã tháo gỡ và tạo điều kiện cho các đơn vị trong toàn Tập đoàn thực hiện các dự án đầu tư nhanh chóng, rút ngắn thời gian xét và phê duyệt dự án, giành quyền chủ động và giao trách nhiệm cho các đơn vị triển khai dự án.
Nhằm đẩy mạnh hơn nữa các hoạt động đầu tư, trong năm 2010, Tập đoàn đã tổ chức các chương trình xúc tiến đầu tư tại Nhật Bản và Hàn Quốc với 13 thỏa thuận được ký kết. Trong năm tới, Tập đoàn sẽ tiếp tục tổ chức chương trình xúc tiến đầu tư tại các thị trường Bắc Mỹ, châu Âu và Trung Đông nhằm mở rộng mối quan hệ hợp tác giữa Petrovietnam và các nhà đầu tư, tạo động lực cho nhiều đối tác đang trong quá trình tìm hiểu và đầu tư vào Tập đoàn Dầu khí Việt Nam.
Trong giai đoạn 5 năm 2011 - 2015, Tập đoàn sẽ dành 559 nghìn tỷ đồng đầu tư trong lĩnh vực tìm kiếm thăm dò, khai thác dầu khí; 314 nghìn tỷ đồng trong lĩnh vực công nghiệp Khí - Điện, 419 nghìn tỷ đồng trong lĩnh vực chế biến và phân phối các sản phẩm dầu khí và 213 nghìn tỷ đồng đầu tư cho dịch vụ dầu khí.