Строительство завода было начато в 1958 году по распоряжению Совета Министров СССР №2577-р от 6 августа 1958 года. Генеральным проектировщиком был институт "Ленгипрогаз", а позже "Ленгипронефтехим".

Основными критериями в выборе строительной площадки были: выгодное географическое положение - близость западных границ (что давало возможность экспорта в страны Западной Европы); необходимость обеспечения нефтепродуктами западных регионов Советского Союза, а так же соседство города Полоцка - крупного транспортного узла.

9 февраля 1963 года получен первый белорусский бензин.

Производственную основу составляли: установка первичной переработки нефти мощностью 2 миллиона тонн в год (АВТ-1), установка термического крекинга мазута (15-5), установка производства битумов (19-5).

В 1964 году введена в эксплуатацию установка каталитического риформирования бензинов.

1965 год - введены в эксплуатацию комплекс производства масел мощностью 120 тысяч тонн в год, вторая установка по первичной переработке нефти, гидроочистка дизельного топлива, установка сероочистки сухих газов, а так же начато производство серной кислоты из сероводорода.

1966 год - разработан проект расширения завода по переработке сырой нефти до 17 миллионов тонн в год. В проекте предусматривалось увеличение производства светлых нефтепродуктов, масел, битумов, присадок к маслам, а так же производство ароматических углеводородов: бензола, толуола, этилбензола, параксилола, ортоксилола, псевдокумола. Предусматривалось строительство комплекса углубленной переработки нефти в составе следующих установок: каталитический крекинг вакуумного газойля, газофракционирования, алкилирования, изомеризации, полимеризации, установки термоконтактного коксования гудрона. Включился в состав модернизированный комплекс производства твердых высокоочищенных парафинов.

В 70-80-е годы проект расширения завода был реализован в области строительства установок первичной переработки нефти АТ-8, АВТ-6, гидроочистки дизельного топлива, облагораживания бензинов, производства ароматических углеводородов, увеличения мощности производства смазочных масел.

Развитие завода не ограничилось проектом расширения до 17 миллионов тонн в год. Исходя из потребностей Союза ССР в тех или иных продуктах, строились установки для удовлетворения возникающих потребностей по индивидуальным проектам. Так, для увеличения производства качественных присадок к смазочным маслам, были введены в эксплуатацию установки сукцинимидных (1973 год) и сульфатных (1976 год) присадок.

1982 год - построен и введен в эксплуатацию комплекс по производству жидких парафинов.

Для больших объемов экспортных поставок мазута и дизельного топлива были реконструированы установки АТ и АВТ с целью увеличения мощности первичной переработки нефти. В 1967 году реконструирована установка АВТ-1, в 1974 году установка АВТ-2, в 1975 году установка термического крекинга мазута реконструирована для первичной переработки нефти, в 1978 голу реконструирована установка АТ-8 и в 1980 году - АВТ-6. Мощность завода по первичной переработке нефти к 1980 году достигла 25 миллионов тонн в год.

Для улучшения качества авиационного керосина в 1977 году была начала работать установка демаркаптанизации керосина "Мерокс" (проект фирмы UOP) и в 1978 году установка гидроочистки керосина.

В 1984 году была введена в эксплуатацию установка производства бензола методом гидродеалкилирования толуола и ксилолов (проект фирмы "Асахи", Япония).

В настоящее время продолжается развитие и модернизация существующего производства с целью дальнейшего углубления переработки нефтепродуктов.

В соответствии с приказом Министерства экономики Республики Беларусь от 28 августа 2002 года №118 Республиканское унитарное предприятие Новополоцкое производственное объединение "Нафтан" было преобразовано в открытое акционерное общество "Нафтан".

2004 год ознаменовался успешным завершением Программы модернизации и реконструкции предприятия «Нафтан 1999-2003», охватившей весь технологический цикл предприятия.

Реализовано 11 основных проектов, включая комплекс гидрокрекинга вакуумного газойля.

ОАО «Нафтан» и ОАО «Лукойл» в 2006 году организовали совместное предприятие по производству присадок к маслам ОАО «ЛЛК-Нафтан».

9 октября 2008 г. году на основании решения внеочередного общего собрания акционеров с 1 декабря 2008 г. открытое акционерное общество «Нафтан» было реорганизовано путем присоединения ОАО «Полимир».