Омский НПЗ приступил к разработке проектно-сметной документации производственных объектов, строительство и модернизация которых планируются в рамках второго этапа программы развития завода до 2020 года, направленного на повышение глубины переработки нефти. Согласно среднесрочной инвестиционной программе, в 2013-2015 годах "Газпром нефть" направит на модернизацию ОНПЗ более 50 млрд рублей.

В 2012 году Омский НПЗ завершил реализацию проектов первого этапа программы развития, направленной на повышение качества выпускаемой продукции. На заводе был введен в эксплуатацию комплекс гидрооблагораживания моторных топлив, в который входят установка гидроочистки бензинов каталитического крекинга и установка гидроочистки дизельных топлив. Это позволило Омскому НПЗ полностью перейти на производство высокооктановых бензинов 4-го и 5-го классов, а также начать выпуск дизельного топлива 5-го класса.

В соответствии с утверждённой программой на Омском НПЗ будут построены: комплекс первичной переработки нефти ЭЛОУ-АВТ, установка замедленного коксования, комплекс глубокой переработки нефти. Также планируется реконструкция ряда производственных мощностей и объектов общезаводского хозяйства.

Новый комплекс первичной переработки нефти ЭЛОУ-АВТ планируется построить к концу 2016 года. После его ввода из эксплуатации будет выведено 3 установки первичной переработки нефти предыдущего поколения. Этот масштабный проект осуществляется с целью реновации производственных мощностей, повышения эксплуатационной готовности, надежности и безопасности производственных процессов, а также улучшения экологических показателей. Пуск в 2017 году установки замедленного коксования позволит увеличить глубину переработки и объем выпуска светлых нефтепродуктов. Комплекс глубокой переработки нефти, в состав которого войдут установки гидрокрекинга вакуумного газойля, производства серы, производства водорода, будет построен к 2018 году. После его ввода в эксплуатацию увеличится объем выпуска моторных топлив 5 экологического класса и будет повышена глубина переработки.