여천반도의 중앙부에 광양만을 끼고 해안선을 따라 위치한다. 울산석유화학공업단지에 이어 우리나라에서 두 번째로 조성된 것이다.
1966년 3월에 공업지역 지정 및 단지 조성 계획안이 승인되고, 1967년에 호남정유의 기공을 효시로 단지 조성이 이루어지기 시작하였다.
1974년 4월에 광양만 일대를 산업기지 개발구역으로 지정하는 한편, 당시의 여천지방공업단지를 포함한 총 572만 평의 구역에 여천종합화학기지 기본 계획을 확정함으로써 여천석유화학단지 건설이 본격화되었다. 1976년에 여천공업기지로 명칭을 변경하고 개발 구역을 985만 평으로 확장하였으며, 1977년 12월에 개발 구역의 면적이 1,334만 평으로 확장되었다.
이후 1990년 11월에 여천공업단지관리공단으로 1992년 1월에 서남지역산업단지관리공단으로 개편되었으며, 1997년 1월에 한국산업단지관리공단으로 통합되었다.
이 지역에 중화학공업단지를 건설하게 된 것은 다음과 같은 입지 조건을 구비하고 있었기 때문이다.
첫째, 이 지역은 소백산맥 말단부로 대부분 해발고도 500m이하의 구릉지이며, 특히 단지 지역내의 평균 고도는 100m이하로 공업단지 조성에 유리한 지형 조건을 갖추고 있다. 기후도 온난다우(연평균기온 14℃, 연 평균 강수량 1,300mm)한 편이다.
특히 연간 90% 이상의 바람이 서북쪽 해상으로 불기 때문에 공해 문제 측면에서도 양호하다. 둘째, 항만 조건은 중흥부두 동남부의 묘도(猫島)와 여천반도로 둘러싸인 협소한 수역이지만 묘도의 북부 지역은 수심이 20m나 되고, 묘도 남부에서 항구에 이르는 부분은 수심이 약 14m이상으로 8만t급 선박의 항해가 가능하다.
한편, 광양만 일대는 방파제가 필요 없는 지역으로 대형 선박의 출입이 가능한 천연적인 좋은 항구 조건을 갖추고 있다. 셋째, 광양만을 둘러싼 옛 여천(지금의 여수시) 일대에는 약 3,000만 평의 광활한 간석지를 부지로 확보할 수 있어 용지 확보도 용이하다. 넷째, 동력은 단지 내에 시설 용량 60만㎞의 호남화력발전소와 50만㎾의 여수화력발전소가 있다.
다섯째, 수송 면에 있어서도 여수∼순천간의 국도가 이 단지 5㎞지점을 통과하고 있고, 남해고속도로와 연결된 14.9㎞의 단지 진입로를 비롯하여 3.8㎞의 율촌∼소라사이에는 우회도로 및 4㎞의 중흥∼월내 산업도로 등이 갖추어져 있으며, 또한 13.2㎞의 단지 진입선이 전라선·경전선 등과 접속되어 있다. 여섯째, 공업용수는 수자원이 풍부한 섬진강 및 그 지류인 이사천이 있어 1일 25만t의 공업용수 확보가 가능하다.
이 단지는 7비단지(七肥團地)·석유화학단지·석유화학관련단지·삼일항배후단지·화치단지·월하단지·용성단지로 구성되어 있다. 칠비단지는 화학비료의 자급 달성과 수출증대 및 연관 산업의 육성을 목표로 건설되었다. 1977년 2월에 준공된 동양 최대의 제7비공장은 연산 60만t 규모의 암모니아공장을 기본으로 하여 요소·복비·초안 등 104.5만t의 비료 생산시설을 구비하고 있다.
또한 황산·인산·질산 등의 기초 무기산 약 100만t을 생산한다. 석유화학단지는 석유화학제품의 국내 수요 증대에 대처하기 위하여 조성되었으며, GS칼텍스(구 호남정유)를 비롯하여 호남에틸렌·한양화학·한국다우케미컬·한국합성고무 등 대규모 석유화학 공장들이 가동되고 있다.
석유화학관련단지는 단지 내 석유화학공업의 유기적인 개발 육성을 위하여 대단위 나프타분해센터에서 생산·공급되는 기초 유분(基礎溜分)의 종합적 이용은 물론, 계열 제품 상호 간에 생산 체계의 일관성을 통한 계열공장을 유치하기 위하여 조성되었다. 삼일항 배후단지는 제7비항만 건설에 따라 발생된 배후지를 매립하여 조성되었다.
이곳에는 한국다우케미컬의 염저장(鹽貯藏) 탱크 및 GS칼텍스(구 호남정유)의 원유탱크가 건설되어 있다. 그 외 화치단지·월하단지·용성단지 등도 석유화학제품 관련 단지로 조성되었다. 또한, 산업단지 건설과 더불어 야산을 차단녹지로 하여 사이에 두고 산업단지 남쪽의 당시 여천군 쌍봉면 학룡리와 시전리 일원에 배후 주거지를 건설하였다. 이로써 신 산업도시의 입지 기반을 조성하였으며, 이후 시가화 계획에 따라 여천시를 형성하였다가 1998년에 여수시로 통합되었다.
1996년 당시 입주 업체수는 76개 업체이며, 51개 업체가 가동 중이었다. 종업원 수는 총 1만 4,036명(남자 1만 3,490명, 여자 546명)이다. 생산액은 11조 7천억 원, 수출액은 29억 불이다. 지원 시설로는 1일 23만t의 공업용수와 80만㎾의 전력을 공급할 수 있는 시설과 1일 7만t을 처리할 수 있는 폐수종말 처리장을 갖추고 있다.
항만 시설로 삼일항에는 4선좌(船座) 9만 3,000t(5만t급 1선좌, 2만t급 2선좌, 3,000t급 1선좌)의 동시 접안이 가능한 7비부두를 비롯, 석유화학계열 전용부두로 3선좌 9,000t(3,000t급 3선좌)의 접안 능력을 갖춘 중흥부두와 한국다우케미컬의 공업염(工業鹽) 전용부두로 5만t급 1선좌가 접안할 수 있는 낙포부두가 건설되었다.
또한, 3선좌 2만 8,000t(2만t급 1선좌, 5,000t급 1선좌, 3,000t급 1선좌)이 동시 접안할 수 있는 호남정유 전용부두(일명 코스모스부두), 4,400t급 1선좌가 접안할 수 있는 대성메탄올 전용부두, 4,200t급 LPG전용선 1선좌가 접안할 수 있는 대성에너지 LPG전용부두 등이 건설되어 해상 화물을 원활히 수송할 수 있는 현대화된 하역 장비를 갖추고 있다. 공해 방지 시설로 1일 70만t 규모의 폐수종말처리장을 비롯해 폐수 및 페기물 처리장을 갖추고 있다.