Ne disposant d'aucune source indigène de pétrole, hors territoire Antarctique, la Belgique doit s'approvisionner sur les marchés mondiaux. Au cours des dernières décennies, le pays a diversifié ses sources d'approvisionnement. En 2004, ses principaux fournisseurs étaient la Russie, l'Arabie, l'Iran et la Norvège. La situation actuelle est fort différente de celle qui existait durant les années 1970, alors que la Belgique importait 87 % de son pétrole brut des pays membres de l'Organisation des pays exportateurs de pétrole (OPEP). La dépendance à l'égard de ces pays a chuté à 34 % en 2001 et à 31 % en 2004.
Le secteur du raffinage de pétrole est concentré à Anvers, où sont situées les quatre raffineries de pétrole du pays. Elles sont exploitées par Total, ExxonMobil, Belgian Refining Corporation (BRC) et Petroplus. La capacité de raffinage de ces installations s'établissait à 802 000 barils par jour en 2005. Petroplus a fait l'acquisition de la raffinerie de BRC, d'une capacité maximale de 110 000 barils par jour en mai 2006.
Le nombre de stations-service en Belgique a diminué de manière importante au cours de la dernière décennie, passant de 7 177 en 1997 à 3 663 en 2005. Cette réduction importante s'explique par les problèmes de pollution des sols et par le trop grand nombre de détaillants. La moitié du gazole vendu en Belgique est livré directement aux entreprises propriétaires de flottes de véhicules. Quelque 800 entreprises sont actives dans le secteur de la distribution des produits pétroliers, notamment dans le secteur de la vente de fioul.
La Belgique est une grande utilisatrice de gaz naturel avec une demande de 16,25 milliards de m³ en 2003, soit 4,2 % de la consommation des pays de l'UE-15. Elle occupe une position stratégique de carrefour continental entre les pays producteurs — Pays-Bas, Royaume-Uni et Norvège — et les pays consommateurs situés au sud et à l'est. La ville de Zeebrugge est la plaque tournante du transport du gaz naturel en Belgique avec son port méthanier, ses installation de traitement du gaz naturel liquéfié, qui reçoit notamment des livraisons d'Algérie, et des interconnexions avec les principaux gazoducs d'Europe occidentale.
Les origines de l'industrie du gaz naturel en Belgique remontent à 1905 avec le début des opérations de Gazelec suivie, en 1929, de la formation de la société Distrigaz, qui a longtemps exercé une position dominante dans l'industrie. La position dominante de cette entreprise dans le secteur gazier belge a été l'une des premières cibles de la libéralisation des marchés énergétiques.
Le gouvernement a agi rapidement afin de dégrouper les activités de transport et de distribution suite à l'adoption de la première directive de l'Union européenne sur le gaz naturel en 1999, en forçant la scission entre les activités de distribution et celles de transport par gazoduc. Une nouvelle entreprise, Fluxys, a été mise en place pour gérer le réseau de transport de 3 800 km et les installations de stockage et de GNL, afin d'assurer un accès non-discriminatoire aux infrastructures de transport. Après la fusion entre les groupes GDF et Suez en 2007, l'Union européenne a forcé le groupe fusionné à se départir de ses intérêts dans Distrigaz, qui ont été cédés au groupe italien ENI pour la somme de 2,7 milliards €.