Công ty Cổ phần Xuất nhập khẩu Petrolimex tiền thân là Công ty Xuất nhập khẩu Petrolimex được thành lập từ năm 1999 theo Quyết định số 0806/1999/QĐ-BTM ngày 03 tháng 7 năm 1999 của Bộ Thương mại.
Năm 2000, Công ty Xuất nhập khẩu Petrolimex được đổi tên thành Công ty Xuất nhập khẩu Tổng hợp Petrolimex theo Quyết định số 1299/2000/QĐ-TM ngày 20 tháng 9 năm 2000 của Bộ Thương mại.
Ngày 01 tháng 10 năm 2004, Công ty chính thức hoạt động theo mô hình công ty cổ phần, hiện tại Nhà Nước nắm giữ 51,7% vốn điều lệ Công ty.
Năm 2004, Công ty thành lập Chi nhánh tại Bình Dương theo Quyết định số 10/HĐQT-PITCO-QĐ ngày 28 tháng 10 năm 2004 và Chi nhánh tại Hà Nội theo Quyết định số 11/HĐQT-PITCO-QĐ ngày 28 tháng 10 năm 2004.
Năm 2005, Công ty thành lập Xí nghiệp Chế biến Nông sản tại Củ Chi theo Quyết định số 42/HĐQT-QĐ ngày 01 tháng 10 năm 2005.
Năm 2006, Xí nghiệp Nông sản Tân Uyên của Công ty Cổ phần Xuất nhập khẩu Petrolimex tại Bình Dương được thành lập theo Quyết định số 536/HĐQT-QĐ ngày 07 tháng 10 năm 2006. Công ty đã đầu tư trên 11,8 tỷ đồng cho dây chuyền sản xuất tiêu sạch và cụm kho nông sản tại Xí nghiệp Nông sản Tân Uyên nhằm duy trì và nâng cao chất lượng sản phẩm, chủ động về nguồn hàng xuất khẩu.
Tháng 10 năm 2007 Công ty TNHH một thành viên Xuất nhập khẩu Petrolimex Hà Nội được thành lập và chính thức đi vào hoạt động trên cơ sở Chi nhánh Công ty tại Hà Nội.
Ngày 24 tháng 01 năm 2008, cổ phiếu của Công ty chính thức niêm yết tại Sở Giao dịch Chứng khoán Thành phố Hồ Chí Minh với mã chứng khoán PIT theo Quyết định số 05/QĐ-SGDHCM ngày 09 tháng 01 năm 2008 của Sở.
