Нефтеперерабатывающий завод вступил в строй действующих в июне 1978 года. Первая очередь завода – комбинированная установка для переработки нефти вступила в строй в 1978 году. В 1979 году были выделены установки: битумная и по производству серы.
Пуск первой в Союзе комбинированной установки КТ-1 по глубокой переработке мазута на Павлодарском нефтеперерабатывающем заводе был осуществлен в ноябре 1983 года. Несмотря на тяжелый пуск в сложных зимних условиях 26 декабря 1983 года на комплексе КТ-1 был получен первый крекинг – бензин.
За период двухлетней эксплуатации комплекса КТ-1 (1984-1985 годы) на заводе глубина переработки нефти возросла с 40,7% до 6,1%. В 1985 году из мазута было получено около 700 тыс. тонн бензина, а газов свыше 160 тыс. тонн, дизельного топлива свыше 200 тыс. тонн. Удельный вес бензина, получаемого на комплексе, составил 45% о общего объема выпуска.
В 1983 году весь бензин выпускался с государственным знаком качества, а в 1985 году – только 40-50%. Специалисты завода и коллектива установки КТ-1 из года в год делали все возможное, чтобы стабилизировать технологический режим комплекса. Все работы проводились под руководством института «Грозгипронефтехим», БашНИИНП, Омского филиала ВНИПИ нефть. На заводе изучался опыт работы установок по переработке мазута Г-43-107 Московского и Грозненского нефтеперерабатывающих заводов, шел обмен опытом.
В 1990 году по рекомендациям «Грозгипронефтехима» была выполнена реконструкция внутренних устройств реактора Р-201 и ввода установки каталитического крекинга, что позволило освоить выпуск бензина АИ-91 (неэтилированного) и увеличить возможности по более широкому использованию каталитического крекинга.
В 1991 году с участием ГрозНПП на реакторном блоке С-200 выполнена реконструкция воздухораспределителя регенератора Р-202. Внедрение этой разработки повысило надежность работы регенератора, улучшило эксплуатационные характеристики установки. Это позволило увеличить отбор вакуумного газойля из мазута на 10% (с 40% до 50%), улучшить показатель глубины переработки нефти к концу 1993 года до 84% в сравнении с 1992 годом – 79,6%. На С-300 произвели реконструкцию колонн К-304, К-305 с целью получением высокооктановых бензинов АИ-91, АИ-92.
В 1992 году во время проведения капитального ремонта за короткий срок была произведена колоссальная работа по полной замене физически износившегося и морально устаревшего комплекса управления технологическими процессами «Центр» на более прогрессивный с элементами электроники «Режим IM». Главное достоинство новой системы - простота и удобство в обслуживании. Если раньше пульт управления, панель, блоки управления находились в трех местах, то теперь все размещено в одном корпусе.
В 1993 году была произведена большая реконструкция вакуумной колонны К-601/1 на С-1.
1995 год стал годом проведения реконструкции горелочных устройств когда П-401 с целью перевода его из утилизационного режима в энергетический, что позволило использовать газ, сбрасываемый ранее на факел, для выработки дополнительного количества пара, а также для нужд установки.
В 1996 году была продолжена реконструкция вакуумной колонны К-601/1: средства для обработки временных дорог угледобывающих карьеров.
В июне 1997 года комплекс КТ-1 посетил Президент Республики Казахстан Н.А. Назарбаев.
В марте по итогам тендера государственный пакет акции АО «Павлодарский нефтеперерабатывающий завод» был передан в пятилетнюю концессию компании «СС Oil Ltd».
В начале 1998 года на базе бензина каталитического крекинга с использованием метил-трет-бутилового эфира на заводе было получено новое автомобильное топливо – бензин АИ-95 с улучшенными экономическими свойствами.
Постановлением Правительства РК №4058 от 12.07.2000 года государственный пакет акции – 87,9% был передан в управление МЭИТ РК. Следующим постановлением Правительства РК №1615 от 27.10.2000 г. и №1723 от 15.11.2000 г. 51% акции вновь созданного ЗАО «Мангыстаумунайгаз» и 49% акций ПННЗ – переданы в доверительное управление ЗАО «Мунай-Импекс» без права выпуска и передачи в залог. Реализация предпринятых мер позволила достичь прироста производства продуктов переработки нефти на 48,8%.