利用石油钻井设备从地面开始沿设计轨道钻穿多套地层到达预定目的层（油气层或可能油气层），形成油气采出或注入所需流体（水、气、汽）的稳定通道（即油气井），并在钻进过程中和完钻后，完成取心、录井、测井和测试工作，取得勘探、开发和钻井所需各种信息的系统工程。为了快速地完成一口井的钻井任务，施工前必须精心做好钻井设计。钻井设计通常包括钻井地质设计和钻井工程设计两个部分，钻井工程设计包括工艺技术设计、工期设计和钻井费用预算等。
中国是世界上早进行石油钻井的国家。早在西汉宣帝时（公元前60—70年），在现在的四川省和陕西省掘凿盐井发现天然气，并用于煮盐。到宋仁宗庆历年间（1041—1048），在四川省自贡地区用人力顿钻设备钻出了“卓筒井”（小口径井），英国科技史专家李约瑟博士（1900—1995）认为顿钻钻井是中国的重大发明。世界旋转钻井始于1900年，中国到1936年开始引进旋转钻机在新疆独山子地区钻了一批浅油井。1949年后，中国石油钻井的发展经历了四个时期：1949—1959年为初创时期，在这个时期主要是引进和学习苏联、罗马尼亚等国家的钻井装备和技术，旋转钻井技术得到初步发展；1960—1978年是发展时期，通过自主攻关，形成了浅井和中深井的钻井配套技术；1979—1998年是提高时期，广泛吸收了国外先进钻井技术，同时通过攻关，形成了深井钻井和多种功能定向井钻井的配套技术，并发展了保护油气层技术；1998年以后是走向市场化的时期，在这时期主要发展了小井眼钻井、大位移井钻井、水平井钻井、分支井钻井、欠平衡钻井、连续管钻井和套管钻井等钻井新工艺技术。
21世纪石油钻井技术发展的主导方向是实现钻井的信息化、自动化和智能化。中国石油钻井要进一步提高技术发展速度，缩短与世界先进水平的差距，并努力实现钻井工程的、优质、、环保和低成本。
钻井工程是利用机械设备，将地层钻成具有一定深度的圆柱形孔眼的工程。按岩石破碎方式和所用工具类型，又可分为顿钻和旋转钻。
在地质工作中，利用钻探设备向地下钻成的直径较小、深度较大的柱状圆孔，又称钻孔。钻井直径和深度大小，取决于钻井用途及矿产埋藏深度等。钻探石油、天然气以及地下水的钻井直径都较大。