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  1930年代,德國法本公司化學家Dr. Hermann Zorn開始研究具有天然石化油特性,但在低溫環境不易結凍的潤滑油,他的研究結果導致1930年代末和1940年代初3500多種酯被製造出來,包括雙基酸酯、多元醇酯和乙酸異戊酯。二戰期間,納粹德國空軍由於原油來源的缺乏及效能需求,在部分飛機發動機使用己二酸酯與聚合的烯烴/乙烯混合的合成潤滑油。1944年3月起,美國陸軍航空隊由於冬天較易啟動、及大幅減少了油冷排中的油泥沉積,亦在部分飛機發動機使用以聚乙二醇為主的合成潤滑油。

  嘉實多(Castrol)公司和美孚(Mobil)公司關於何謂"合成"潤滑油的商務論戰。起因1995年國際汽車工程師學會(SAE)從其Information Report J357檔案中刪除了關於"合成"潤滑油的物理及化學定義,美國石油學會(API)亦從其API 1509檔案中刪除了原本將"合成"基礎油定義為API Group IV/V的描述。嘉實多從1998年起在其內燃機潤滑油產品配方中使用氫化裂解(Hydrocracked)工藝製成的API Group III基礎油代替原來配方中的PAO(聚a-烯烴)基礎油,並宣稱其產品為"合成"潤滑油,而觸犯美孚當時作為世界上最大的PAO基礎油供應商的利益因而引起爭端。作為最大的PAO基礎油製造商,美孚認為只有使用PAO或酯類基礎油才能稱為"合成"潤滑油,而嘉實多的產品僅僅是礦物油的變種,美孚向商業促進局(Better Business Bureau)所屬的全國廣告司(National Advertising Division)投訴嘉實多從事虛假廣告。嘉實多則反駁1995年SAE和API都刪除了其檔案中關於"合成"潤滑/基礎油的定義。1999年3月,商業促進局所屬的全國廣告司裁定嘉實多未欺騙消費者,嘉實多贏得實際上的勝利。自此使用API Group III作為基礎油的潤滑油在除德國之外大部分國家可商業宣傳為"合成"潤滑油。而進入21世紀後,美孚亦開始在其部分合成潤滑油產品中加入API Group III基礎油(即美孚MSDW或AGC-21基礎油),作為全合成(部分美孚1號、Super Synthetic)或半合成潤滑油產品銷售。

  1973至1990年,荷蘭皇家殼牌公司研發出以費託合成(Fischer–Tropsch process)製成的氣轉液(Gas to liquids,GTL)基礎油,稱為Shell Middle Distillate Synthesis(SMDS)製程,API基礎油分類為Group III,成本遠低於PAO,且大部分的效能介於傳統API Group III與PAO之間。1980年代起美孚亦研發了類似的AGC-21製程基礎油。
合成潤滑油,是潤滑油的一種,使用於內燃機潤滑時或稱合成機油,指全部或部分使用合成基礎油作為配方中的基礎油的潤滑油,通常與礦物精煉潤滑油相對。