中国石油大学（北京）理学院由四个系（应用化学系、材料科学与工程系、数学系、物理系）、2个北京市高等学校实验教学示范中心（物理实验教学中心、化学与化工实验教学中心）、1个北京市科普教育基地（物理实验教学中心物理演示厅）、2个校级重点实验室（光传感与光探测实验室、能源材料微结构实验室）、1个联合研究机构（材料腐蚀与防护联合研究中心（加拿大哈斯基能源公司））、1个北京市重点实验室（油气装备材料失效与腐蚀防护北京市重点实验室）组成。

理学院拥有2个博士学位授权一级学科（化学、材料科学与工程）、1个博士学位授权二级学科（应用化学）、6个硕士学位授权一级学科（数学、化学、物理学、材料科学与工程、光学工程、化学工程与技术）、2个专业学位硕士点（材料工程、化学工程）、1个北京市一级重点学科（材料科学与工程）、3个本科专业（数学与应用数学、应用化学、材料科学与工程），其中应用化学为国家特色专业，学院共有在校博士生70人，硕士生427人，本科生570人。

理学院现有在编教职工122名，其中教授29名，博士生导师19人，硕士生导师66人，其中入选“新世纪百千万人才工程”国家级人选1名、“教育部长江学者奖励计划”1名、“教育部新世纪优秀人才”2名、“北京市科技新星”2名、“全国优秀博士论文提名”1名、“北京市优秀博士论文”1名、“校级教学名师”2名、“校级青年拔尖人才”10名。理学院教师参加国家自然科学基金、国防科技攻关、973、863等100余项科研项目，2012年科研总经费约2000万元，取得了丰硕的研究成果。