La construction de pétroliers fut une activité importante dans l'histoire des Chantiers de l'Atlantique.
Après la construction du France, Les Chantiers de l'Atlantique modernisèrent leur outil de production pour répondre, notamment, aux attentes du marché pétrolier. Jusqu'à la construction du France, les Chantiers de l'Atlantique construisaient les bateaux sur une pente oblique, une fois la coque et les superstructures finies, le bateau était lancé. Cela signifie qu'il glissait sur le sol et rejoignait la mer. Ensuite, la finition était réalisée à quai.
Au fil des années les pétroliers devenaient de plus en plus gros et ce mode de construction ne convenait plus. En 1972, une grande forme de construction est construite. Cette forme existe toujours. Elle mesure environ 1200 m de long sur 60 de large. Cette forme a permis la construction des quatre plus gros pétroliers au monde : Batillus, Bellamya, Pierre Guillaumat, Prairial. Environ 500 000 tonnes de pétrole chacun.
La course au gigantisme des pétroliers est liée au contexte historique. En effet, au début des années 1970 le Canal de Suez est bloqué par les problèmes au Proche-Orient. Les pétroliers doivent donc faire le tour de l'Afrique en passant par le Cap de Bonne-Espérance.
Une autre forme fut construite aux Chantiers de l'Atlantique : le bassin C. Ce Bassin était initialement prévu pour la construction de pétrolier de 1 000 000 de tonnes. Mais la réouverture du Canal de Suez fit avorter la construction de telles unités. Étant donné leur taille, elles n'auraient jamais pu franchir le canal de Suez.
Ce bassin sert aujourd'hui pour la finition des bateaux.
La branche a perdu 103 millions d'euros lors de l'exercice 2004, pour un chiffre d'affaires de 630 millions d'euros, réduit de plus de moitié en trois ans. Néanmoins depuis 2005, la construction et la commande de plusieurs paquebots pour la société Mediterranean Shipping Company S.A. (MSC), à environ 500 millions d'euros pièce et l'achat des Chantiers par le groupe Aker Yards offre des perspectives de croissance réelle du point de vue financier comme du point de vue de l'emploi à Saint-Nazaire et dans sa région.