В целях соблюдения интересов Республики Казахстан в вопросах транспортировки нефти, экспорта и импорта нефти и нефтепродуктов, постановлением Правительства Республики Казахстан от 2 апреля 1997 года №461 было создано ЗАО НКТН «КазТрансОйл» со 100-процентным участием государства в его уставном капитале.
На момент своего создания ЗАО НКТН «КазТрансОйл» имело в собственности и эксплуатировало более 6 400 км нефтепроводов и более 2000 км водоводов.
4 декабря 1998 года АО «КазТрансОйл» было внесено в Республиканский раздел Государственного регистра субъектов естественных монополий в отношении оказания ряда регулируемых услуг, включая услуги по транспортировке нефти по системе магистральных нефтепроводов и услуги по подаче воды по системе магистральных водоводов.
В 2000 году АО «КазТрансОйл» завершило строительство нефтеналивной эстакады на нефтеперекачивающей станции Атасу, общая производственная мощность которой составляет 1.5 млн тонн нефти в год.
Компания разместила первый выпуск еврооблигаций на международных фондовых рынках, который также являлся первым выпуском корпоративных еврооблигаций казахстанских компаний, на общую сумму 150 млн долларов США с купоном, равным 8.5%. Еврооблигации были полностью погашены АО «КазТрансОйл» в 2006 году.
В мае 2003 года был введен в эксплуатацию магистральный трубопровод «Кенкияк – Атырау».
В 2004 году АО «КазТрансОйл» и CNODC на паритетных началах создали ТОО «Казахстанско-Китайский Трубопровод».
В июле 2004 года КазМунайГаз передало АО «КазТрансОйл» свою долю в размере 51% акций в совместном предприятии МунайТас, созданным в 2001 году с участием КазМунайГаз и ТОО «КННК Интернационал в Казахстане».
Запуск в экплуатацию нефтепровода «Атасу-Алашанькоу».
В июле 2006 года АО «КазТрансОйл» был введен в эксплуатацию нефтепровод Северные Бузачи – Каражанбас протяженностью 25 км и проектной пропускной мощностью 3,5 млн тонн нефти в год.
В декабре 2006 года АО «КазТрансОйл» завершило реконструкцию систем автоматики на 23 крупных объектах и внедрила систему SCADA на всех уровнях управления Компании.
В 2007 году АО «КазТрансОйл» приобрело 50% акций компании Batumi Capital Partners Limited у компании Naftrans Limited за 64 млн долларов США.
В феврале 2008 года АО «КазТрансОйл» завершило сделку по приобретению 100% акций компании Batumi Industrial Holdings Limited у компании Terminal Partners Limited за 325 млн долларов США.
АО «КазТрансОйл» стало обладателем гран-при премии Алтын-Сапа в номинации «Лучшее предприятие, оказывающее услуги».
pict
В октябре 2009 года ТОО «Казахстанско-Китайский Трубопровод» был введен в эксплуатацию магистральный трубопровод «Кенкияк-Кумколь».
Ввод в эксплуатацию ГНПС «Кумколь».
Запуск в эксплуатацию модернизированной СНЭ №1 НПС «Атырау».
В 2011 году введен в действие первый модернизированный ЦДП (Павлодар).
В июне 2011 года АО «КазТрансОйл» получило от КазМунайГаз казахстанский участок нефтепровода Туймазы – Омск – Новосибирск-2 (трубопровод ТОН-2) в качестве оплаты размещаемых акций Компании на общую сумму 1 700 млн тенге.
В июне 2012 года был принят Закон Республики Казахстан «О магистральном трубопроводе».

В октябре 2012 года Правительство Республики Казахстан приняло постановление, которым АО «КазТрансОйл» определено национальным оператором по магистральному нефтепроводу.
АО «КазТрансОйл» удостоено гран-при в конкурсе по социальной ответственности бизнеса «Парыз-2012» в номинации «Лучший социальный проект».
25 декабря 2012 года на KASE состоялось открытие торгов на вторичном рынке простыми акциями АО «КазТрансОйл» в рамках программы «Народное IPO».
13 декабря 2013 года ТОО «Казахстанско-Китайский Трубопровод» приняло в эксплуатацию НПС №8 и НПС №10 магистрального нефтепровода «Атасу – Алашанькоу».
В декабре 2013 года завершен процесс присоединения ООО «Батумская нефтебаза» к ООО «Батумский нефтяной терминал». АО «КазТрансОйл» в результате реорганизации стало собственником 100% акций компании «Batumi Terminals Limited» (Кипр), через которую осуществляется непосредственное владение и управление производственными активами в Грузии – Батумским нефтяным терминалом и Батумским морским портом.
АО «КазТрансОйл» приступило к капитальному ремонту с заменой линейной части казахстанского участка нефтепровода ТОН-2.
В декабре 2014 года завершены строительство третьей нитки нефтепровода «Кумколь – Каракоин» (ГНПС имени Б. Джумагалиева), подпорной насосной на ГНПС имени Б. Джумагалиева и ГНПС «Атасу» и реконструкция системы электроснабжения на НПС «Барсенгир» и ГНПС «Чулак Курган».
В январе 2014 года АО «КазТрансОйл» приступило к транспортировке российской нефти через территорию Республики Казахстан в Китайскую Народную Республику в объеме 7 млн тонн в год.
В сентябре 2015 года АО «КазТрансОйл» стало участником Международной ассоциации транспортировщиков нефти.
В декабре 2015 года система энергоменеджмента АО «КазТрансОйл» была впервые сертифицирована на соответствие требованиям ISO 50001:2011.
7 декабря 2016 года состоялся ввод в эксплуатацию НПС "663 км".
11 октября 2016 года в систему магистральных нефтепроводов АО «КазТрансОйл» начался прием нефти с месторождения Кашаган.
В декабре 2016 года ДГД по г.Астане Комитета госдоходов Министерства финансов Республики Казахстан признал АО «КазТрансОйл» лучшим налогоплательщиком столицы по итогам 2015 года.
29 августа 2016 года завершен капитальный ремонт казахстанского участка магистрального нефтепровода «ТОН-2» протяженностью 185,6 км с полной заменой трубопровода, в результате пропускная способность данного участка увеличилась с 7 до 11 млн тонн нефти в год.