На первом этапе модернизации производства, направленного на повышение качества нефтепродуктов на ОНПЗ построены самая мощная в России и Европе установка изомеризации легких бензиновых фракций, новый комплекс гидроочистки дизельного топлива и бензина каталитического крекинга, модернизированы комплекс глубокой переработки мазута и битумная установка. В результате к 2015 году предприятие полностью перешло на выпуск эко-топлива Евро-5.

В рамках второго этапа модернизации на Омском НПЗ появятся сразу несколько новых крупных технологических объектов. Комплекс глубокой переработки нефти повысит эффективность переработки нефти и позволит гибко регулировать пропорции выпуска автомобильного и авиационного топлива, сырья для смазочных материалов. Установка первичной переработки нефти ЭЛОУ-АВТ заменит сразу шесть устаревших установок, что повысит экологичность производства. Новая установка замедленного коксования увеличит объем производства бензина и дизельного топлива, а также высококачественного нефтяного кокса — сырья для алюминиевой промышленности.

Задача второго этапа модернизации — довести глубину переработки на Омском заводе до 97%, а производство светлых нефтепродуктов — до 80%.

Омский НПЗ оперативно реагирует на изменение рыночной конъюнктуры и осваивает выпуск новых видов продукции. Предприятие одним из первых в России приступило к производству экологичных видов судового топлива с содержанием серы от 0,1% до 0,5%.

Модернизировав установку замедленного коксования, Омский НПЗ создал первое в России производство игольчатого кокса — стратегически важного сырья для металлургической, атомной, химической и космической промышленности.

В 2019 году «Газпром нефть», Министерство природных ресурсов и экологии РФ, Федеральная служба по надзору в сфере природопользования (Росприроднадзор) и правительство Омской области подписали соглашение о взаимодействии в реализации федерального проекта «Чистый воздух» нацпроекта «Экология».

Девять проектов модернизации ОНПЗ экологической направленности, вошли в комплексный план мероприятий экологического оздоровления Омска. Это часть федерального проекта «Чистый воздух» нацпроекта «Экология». Инвестиции в эти проекты превышают 100 млрд рублей.

Один из важнейших экологических проектов — строительство очистных сооружений «Биосфера». Уникальный комплекс современных технологий позволит удалять из воды до 99,9% загрязнений, а также в 2,5 раза сократить потребление заводом воды.

На Омском НПЗ построена первая в регионе солнечная электростанция. Мощности 1 МВт достаточно для обеспечения нужд административных объектов завода. Проект признан успешным. Его продолжением станет строительство солнечной генерации мощностью 20 МВт.