Nhà máy được vận hành nâng công suất dần dần từ ngày 25 tháng 2 năm 2009 [5] dự kiến đến tháng 8 năm 2009 đạt 100% công suất để sản xuất ra các sản phẩm khí hóa lỏng (gas) LPG (900-1.000 tấn/ngày) xăng A90 (2.900-5.100 tấn/ngày) và A92-95 (2.600-2.700 tấn/ngày), dầu Diesel (7.000-9.000 tấn/ngày), LPG và các sản phẩm khác như Propylene (320-460 tấn/ngày), xăng máy bay Jet-A1 và nhiên liệu cho động cơ phản lực (650-1.250 tấn/ngày) và dầu đốt lò F.O (1.000-1.100 tấn/ngày). Trong giai đoạn 1, nhà máy sẽ chế biến dầu thô từ mỏ Bạch Hổ và trong giai đoạn 2, sẽ chế biến dầu thô từ mỏ Bạch Hổ (85) và dầu chua từ Dubai (15%).[1][4]

Vào ngày 18 tháng 2 năm 2009, Ủy ban Nhân dân tỉnh Quảng Ngãi và Tập đoàn Dầu khí Việt Nam đã tổ chức một buổi họp báo về sự kiện đón mừng dòng sản phẩm đầu tiên của nhà máy Dung Quất.[6] Và đến tối ngày 23 tháng 2 năm 2009, lễ đón dòng sản phẩm đầu tiên của nhà máy đã diễn ra tại khu bể chứa sản phẩm. Và đại diện của Tổng cục Tiêu chuẩn đo lường chất lượng thuộc Bộ Khoa học - công nghệ Việt Nam nhân dịp này cũng đã chính thức công bố giấy xác nhận về chất lượng sản phẩm xăng dầu của nhà máy.[4]

Ngày 6 tháng 1 năm 2011, nhà máy lọc dầu Dung Quất được khánh thành. Nhà máy hiện do Công ty TNHH một thành viên lọc hóa dầu Bình Sơn (BSR) quản lý.