第一阶段(1909年至1949年)
勘探工作主要在准噶尔盆地南缘，主要在“背斜控油”认识指导下开展地面地质调查及钻探。这个阶段发现了独山子油田，至1947年年产原油1391吨。
第二阶段(1950年至1960年)
勘探主战场开始转移到准噶尔盆地西北缘，当时的地质认识主要是逆冲断裂构造带控油，当时采用的技术主要是光点地震以及钻井大剖面，发现了克拉玛依大油田，同时发现红山嘴油田、乌尔禾油田及百口泉油田，南缘发现齐古油田。
第三阶段(1977年至1989年)
受构造控油认识指导，勘探主战场开始向东部隆起区扩展，采取的技术主要是二维地震技术，发现了火烧山油田、北三台油田、三台油田和甘河油田，同时西北缘发现风城油田、夏子街油田、车排子油田。
第四阶段(1990年至2004年)
受梁控论、断控论指导，油气勘探开始从盆地周缘构造带向腹部地区进军，当时地震已经出现大面元三维地震技术，在腹部发现了陆梁油田、石南油气田、石西油田、莫北油气田、莫索湾油气田5个高效油气田，同时，西北缘发现玛北油田、小拐油田，南缘发现卡因迪克油田和呼图壁气田，东部发现彩南油田、五彩湾气田、沙南油田、沙北油田。
第五阶段(2005年至2016年)
随着勘探程度增加，构造目标逐渐减少、变小，勘探目标开始向低幅度、深层、隐蔽、复杂储层转变，勘探难度越来越大，在精细勘探及岩性地层油气藏相关认识指导下，采用高密度三维地震、水平井等技术，先后发现玛河气田、克拉美丽气田、滴水泉油田、昌吉油田。在准噶尔盆地百年油气勘探历程中，有两个重要的里程碑式事件，一是1956年发现新中国第一个大油田——克拉玛依油田，二是2002年准噶尔盆地原油年产量突破1000万吨，成为当时我国西部第一个年产千万吨的大油田。
