Les principaux services qui constituent la direction des hydrocarbures à partir de la fin des années 1970 sont les suivants :
La direction des hydrocarbures assure la tutelle de l'Institut français du pétrole et des établissements et organismes publics du secteur pétrolier.
Au gré de la décolonisation et des crises pétrolières, une importance accrue est accordée à l’approvisionnement en carburants, et spécialement en produits pétroliers, au fil de la seconde moitié du XXe siècle. Le rôle de la direction des carburants est également essentiel lors des crises politiques.
Issue de l'office national des combustibles liquides créé par la loi du 10 janvier 1925, cette direction apparaît en 1940 comme l'un des éléments importants dans l'organisation d'un ministère de la Production industrielle. Chargée de l'approvisionnement en pétrole, produits pétroliers, hydrocarbures et carburants de substitution, cette direction créée dès le régime de l'Etat français joue un rôle stratégique tant de réglementation que de gestion de ce secteur important de l’activité industrielle.
Elle connaît une structuration progressive et s'étoffe au moment de la création de la direction générale de l'énergie et des matières premières en 1978.
Le service des matières premières et du sous-sol, et plus particulièrement son bureau de législation minière, est chargé de missions complémentaires de celles de la direction des hydrocarbures, pour la délivrance de permis de recherche et d'exploitation d'hydrocarbures.
La direction des hydrocarbures fait partie du secrétariat d'état à la production industrielle.
La direction des hydrocarbures fait partie du ministère de l'Industrie et du Commerce.
La direction des hydrocarbures fait partie du ministère de l'Industrie.
La direction des hydrocarbures fait partie de la direction générale de l'énergie et des matières premières.