Nhà máy lọc dầu Dung Quất đã chịu nhiều chỉ trích quốc tế về địa điểm và giá trị của nó. Những người chỉ trích cho rằng chính trị đã xen vào quyết định kinh tế.[7] Năm 1995, tập đoàn Total SA của Pháp đã chấm dứt thương lượng đầu tư với lý do rằng chính phủ đòi phải đặt nhà máy tại miền trung, cách xa những cơ sở hạ tầng dầu mỏ trong nước.[8] Năm 1997, Ngân hàng Thế giới nói dự án này sẽ "không làm gì cho nền kinh tế"[8] và năm sau Quỹ Tiền tệ Quốc tế nói rằng giá trị của dự án này "đáng ngờ".[8] Năm 1998, mặc dù đã ký hợp đồng tham gia, tập đoàn Zarubezhneft cho rằng vịnh Dung Quất là "một địa điểm rất xấu", và đến năm 2002 đã rời bỏ dự án.[8] Năm 2003, Liên Hiệp Quốc đã nhắc đến dự án này khi nói rằng Việt Nam nên tránh xa những "đầu tư có thu nhập thấp".[8]

7.000 hộ gia đình phải tái định cư ở nơi khác trước năm 2015 để có chỗ cho khu kinh tế Dung Quất.[7] Một số người làm nghề đánh cá cũng đã nhận thấy có ít cá hơn vì tiếng động từ nhà máy.[7]

Trước nhiều ý kiến chỉ trích, Thủ tướng Võ Văn Kiệt đã kiên quyết giữ quan điểm: Phải xây dựng Nhà máy lọc dầu ở Dung Quất, trước hết là để đảm bảo an ninh năng lượng cho đất nước và tạo đà phát triển kinh tế cho tỉnh Quảng Ngãi và cả một khu vực miền Trung. Điều kiện để phát triển kinh tế của miền Trung lại rất hạn chế: tài nguyên thiên nhiên hầu như không có, đất đai nghèo nàn chật hẹp, cả tỉnh Quảng Ngãi không có khu du lịch, không có nhà máy lớn. Nếu chỉ tính riêng nhà máy thì đặt ở Dung Quất là không có lợi thế so với các địa phương khác, nhưng nếu tính hiệu quả tổng hợp về kinh tế - xã hội lan tỏa đến cả một vùng thì đặt ở Dung Quất là có lợi nhất: đó là tiền đề thúc đẩy các nhà đầu tư trong nước và nước ngoài tiếp tục đầu tư vào khu kinh tế Dung Quất trên các lĩnh vực công nghiệp hóa chất, công nghiệp cơ khí, đóng sửa tàu biển, luyện cán thép, vận tải, điện tử... Từ năm 2004 trở lại đây, tăng trưởng GDP của Quảng Ngãi luôn ở mức trên 11%, từ chỗ phải nhận trợ cấp từ trung ương thì đến năm 2006 đã nộp ngân sách trên 1.000 tỷ đồng, cơ cấu kinh tế đã được chuyển dịch theo hướng Công nghiệp - Dịch vụ và tạo ra sự phát triển đồng bộ trên toàn tỉnh.[9]