Refining and Petrochemical Subholding secara operasional diserahkan kepada PT Kilang Pertamina Internasional. Sub Holding ini bertanggung jawab terhadap kegiatan pengolahan minyak menjadi produk minyak dan produk petrokimia, yang terdapat di sejumlah kilang yang sudah beroperasi maupun proyek-proyek yang sedang dijalankan. Kegiatan usaha pengolahan Pertamina didukung oleh enam kilang, yaitu Refinery Unit (RU) II Dumai, RU III Plaju, RU IV Cilacap, RU V Balikpapan, RU VI Balongan, dan RU VII Kasim dengan kapasitas pengolahan terpasang total mencapai 1.031 MBOPD, atau sekitar 90% dari kapasitas pengolahan yang ada di Indonesia. Di bawah sub holding, Kilang Pertamina Internasional membawahi entitas Pertamina lainnya, yaitu di antaranya PT Tuban Petrochemical Industries.
