Không có một nguyên tắc thống nhất đề cập đến sự phân bố của các mỏ đá phiến dầu trên toàn thế giới. Có khoảng 600 mỏ đá phiến dầu phân bố khắp nơi trên trái đất và trên mỗi lục địa trừ Nam Cực vì ở đây chưa được thăm dò đá phiến dầu.[1][9] Tài nguyên đá phiến dầu có thể tập trung ở các mỏ lớn đã được xác định như hệ tầng sông Green, được tạo thành bởi một hồ lớn. Hệ tầng này có thể dày vài mét nhưng được giới hạn bởi ranh giới rộng lớn của hồ trong quá khứ. Các mỏ này giống với các mỏ được tìm thấy dọc theo bờ biển phía tây châu Mỹ, đây là các mỏ được hình thành trong môi trường biển nông vì vậy chúng khá mỏng nhưng trải dài trên diện rộng bao phủ hàng ngàn km².

Bảng bên dưới liệt kê trữ lượng dầu đá phiến được ước tính. Dầu đá phiến là dầu tổng hợp được tạo ra bằng cách nung vật chất hữu cơ (kerogen) có trong đá phiến đến nhiệt độ mà tại sẽ tách ra dầu, khí đốt, và cacbon cặn còn lại trong đá phiết sét.

Châu Phi

Các mỏ đá phiến dầu chính phân bố ở Cộng hòa Dân chủ Congo (tương đương 14,31 triệu tấn dầu đá phiến) và Maroc (12,3 triệu tấn hay 8,16 triệu tấn dầu đá phiến). Các mỏ ở Congo chưa được thăm dò đầy đủ.[7] Ở Maroc, các mỏ đá phiến dầu đã được xác định ở 10 địa điểm với mỏ lớn nhất nằm ở Tarfaya và Timahdit. Mặc dù trữ lượng ở Tarfaya và Timahdit đã được thăm dò chi tiết nhưng khai thác thương mại vẫn chưa bắt đầu và chỉ giới hạn trong các chương trình nghiên cứu thử nghiệm,[11] và các nước như Ai Cập, Nam Phi, Madagascar, và Nigeria cũng trong trường hợp tương tự. Các mỏ chính của Ai Cập phân bố ở các khu vực Safaga-Al-Qusair và Abu Tartour.[7]

Châu Á

Các mỏ chính phân bố ở Trung Quốc với trữ lượng ước tính khoảng 32 tỷ tấn, trong đó 4,4 tỷ tấn có khả năng khai thác có lãi với công nghiệ hiện tại; Thái Lan (18,7 tỷ tấn), Kazakhstan (mỏ lớn ở Kenderlyk Field với trữ lượng 4 tỷ tấn), và Thổ Nhĩ Kỳ (2,2 tỷ tấn).[6][7][12] Các trữ lượng nhỏ hơn cũng được phát hiện ở Assam (Ấn Độ), Pakistan, Uzbekistan, Turkmenistan, Myanma, Armenia, và Mông Cổ.

Các mỏ đá phiến dầu chính của Trung Quốc ở Phủ Thuận và Liêu Ninh; các mỏ khác nằm ở Mậu Danh ở Quảng Đông; Hoa Điện ở Cát Lâm, Hắc Long Giang, và Sơn Đông. Năm 2002, Trung Quốc sản xuất hơn 90.000 tấn dầu đá phiến.[12] Cac mỏ đá phiến dầu của Thái Lan nằm gần Mae Sot, tỉnh Tak, và ở tỉnh Li, tỉnh Lamphun. Các mỏ của Thổ Nhĩ Kỳ được phát hiện chủ yếu thuộc vùng trung và tây Anatolia.[7]

Giáo sư Alan R. Carroll thuộc Đại học Wisconsin-Madison cho rằng các mỏ đá phiến dầu có nguồn gốc hồ thuộc tầng Permi thượng miền bắc Trung Quốc không nằm trong các đánh giá trữ lượng đá phiến dầu toàn cầu, và hệ tầng này có kích thước tương đương với hệ tầng sông Green.[13]

Châu Âu

Các trữ lượng đá phiến dầu lớn nhất của châu Âu nằm ở Nga (tương đương 35,47 tỷ tấn dầu đá phiến). Các mỏ lớn phân bố ở tỉnh Volga-Petchyorsk và bồn trũng đá phiến dầu Baltic. Các mỏ lớn khác ở châu Âu nằm ở Ý (10,45 tỷ tấn dầu đá phiến), Estonia (2,49 tỷ tấn dầu), Pháp (1 tỷ tấn dầu), Belarus (1 tỷ tấn dầu), Thụy Điển (875 triệu tấn dầu), Ukraina (600 triệu tấn dầu) và Vương Quốc Anh (500 triệu tấn dầu). Cũng còn các trữ lượng khác ở Đức, Luxembourg, Tây Ban Nha, Bulgaria, Hungary, Phần Lan, Áo, Albania, và România.[2][7]

Trung Đông

Các mỏ đá phiến dầu có giá trị nằm ở Jordan (5.242 triệu tấn dầu hay 65 tỷ tấn đá phiến dầu) và Israel (550 triệu tấn dầu hay 6,5 tỷ tấn đá phiến dầu). Đá phiến dầu Jordan có chất lượng cao có thể so sánh với đá phiến dầu miền tây Hoa Kỳ, mặc dù hàm lượng lưu huỳnh trong dầu Jordan cao. Các mỏ được thăm dò đầy đủ như El Lajjun, Sultani, và Juref ed Darawishare miền trung-tây Jordan, trong khi đó mỏ Yarmouk nằm gần biên giới phía bắc và kéo dài vào lãnh thổ Syria.[7][14] Hầu hết các mỏ của Israel nằm trong khu vực bồn trũng Rotem phía bắc sa mạc Negev gần biển Chết. Đá phiến dầu Israel có giá trị nhiệt và sinh dầu tương đối thấp.[2][7]

Bắc Mỹ

Với trữ lượng 3,3 tỷ tấn, các mỏ đá phiến dầu Hoa Kỳ là những mỏ lớn nhất thế giới. Có hai cụm mỏ lớn: các cụm mỏ phí đông Hoa Kỳ trong đá phiến sét Devon-Mississippi trải rộng trên diện tích 650.000 km²; các mỏ ở phía tây Hoa Kỳ trong hệ tầng sông Green ở Colorado, Wyoming, và Utah là những mỏ giàu đá phiến dầu nhất trên thê giới.[7] Ở Canada có 19 mỏ đã được xác định. Các mỏ được thăm dò đầy đủ nằm ở Nova Scotia và New Brunswick.[2]

Châu Đại Dương

Trữ lượng đá phiến dầu của Úc được ước tính vào khoảng 58 tỷ tấn tương đương 4.531 triệu thùng dầu đá phiến trong đó có khoảng 24 tỷ thùng (3.8×10⁹ m³) có thể thu hồi được.[2] Các mỏ nằm ở các bang phía đông và nam với mỏ có tiềm năng lớn nhất nằm ở phía đông Queensland.[7] Đá phiến dầu cũng được tìm thấy ở New Zealand.[2]

Nam Mỹ

Brazil có các nguồn tài nguyên đá phiến dầu xếp hàng thứ 2 trên thế giới (đá phiến sét Irati và các mỏ có nguồn gốc hồ) và hiện là nhà sản xuất dầu đá phiến lớn thứ 2 trên thế giới sau Estonia. Các nguồn đá phiến dầu xuất hiện ở São Mateus do Sul, Paraná, và ở Vale do Paraíba. Brazil đã phát triển hệ thống chiết tách nhiệt phân đá phiến dầu trên mặt đất lớn nhất thế giới ở Petrosix, với ống thông khí thẳng đứng có đường kính 11m. sản lượng của Brazil năm 1999 đạt khoảng 200 ngàn tấn.[6][15] Các nguồn khác cũng được phát hiện ở Argentina, Chile, Paraguay, Peru, Uruguay, và Venezuela.[16]