Chưng cất A.C. Kirk, được sử dụng từ giữa tới cuối thế kỷ 19, là một trong những tháp chưng cất đá phiến dầu kiểu đứng đầu tiên. Thiết kế của nó là điển hình của các tháp chưng cất được sử dụng vào cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20.[1]

Vào thế kỷ 10, nhà vật lý Ả Rập Masawaih al-Mardini đã viết về các thí nghiệm của ông liên quan đến việc chiết tách dầu từ "một số loại đá phiến sét bitum".[2] Bằng sáng chế về việc chiết tách dầu đá phiến đầu tiên được trao vào năm 1684 cho 3 người đã "tìm thấy phương pháp để chiết tách và tạo ra một lượng lớn hắc ín, nhựa đường, và dầu từ một loại đá".[1][3][4] Việc chiết tách dầu đá phiến ở mức độ công nghiệp thời kỳ hiện đại bắt đầu ở Pháp với công nghệ được Alexander Selligue phát minh năm 1838, sau đó một thập kỷ phát minh của James Young được ứng dụng sản xuất ở Scotland.[1][5] Trong suốt thế kỷ 19, các nhà máy được xây dựng ở Úc, Brazil, Canada, và Hoa Kỳ.[6] Phát minh chưng cất Pumpherston năm 1894, là một công nghệ ít dựa vào nhiệt than đá hơn các công nghệ trước đó, đánh dấu sự tách biệt của công nghiệp đá phiến dầu với công nghiệp than.[1]

Trung Quốc (Mãn Châu), Estonia, New Zealand, Nam Phi, Tây Ban Nha, Thụy Điển, và Thụy Sĩ bắt đầu chiết tách dầu đá phiến vào đầu thế kỷ 20. Tuy nhiên, dầu thô được phát hiện ở Texas trong suốt thập niên 1920 và ở Trung Đông vào giữa thế kỷ 20 làm cho hầu hết ngành công nghiệp đá phiến dầu bị dừng lại.[6][7][8][9] Năm 1944, Hoa Kỳ khởi động lại việc chiết tách đá phiến dầu như là một phần của Chương trình nhiên liệu lỏng tổng hợp (Synthetic Liquid Fuels Program) của mình. Ngành công nghiệp này đã được duy trì cho đến khi giá dầu giảm mạnh trong thập niên 1980.[7][10][11] Cơ sở chưng cất đá phiến dầu cuối cùng do Unocal Corporation vận hành ở Hoa Kỳ đóng cửa vào năm 1991.[10][11] Chương trình trên của Hoa Kỳ lại tiếp tục vào năm 2003, theo sau là chương trình cho thuê thương mại năm 2005 cho phép việc chiết tách đá phiến dầu và cát dầu trên đất của liên bang theo đạo luật chính sách năng lượng 2005 (Energy Policy Act of 2005).[12]

Cho đến năm 2010, việc chiết tách dầu đá phiến vẫn đang vận hành ở Estonia, Brazil, và Trung Quốc.[13][14][15] Các ngành công nghiệp này sản xuất khoảng 1.165 triệu lít dầu đá phiến trong năm 2008.[16] Úc, Hoa Kỳ, và Canada đã hoàn thành việc thử nghiệm ứng dụng công nghệ chiết tách dầu từ các dự án thử nghiệm và có kế hoạch đưa vào thương mại; Maroc và Jordan cũng đã thông báo những dự định tương tự của họ.[6][10][15][17][18][19] Chỉ có bốn loại công nghệ đang được sử dụng trong thương mại gồm: Kiviter, Galoter, Fushun (Phủ Thuận), và Petrosix.[14]