การใช้งานหลักของ น้ำมันดีเซล อยู่ในเครื่องยนต์ดีเซล การประดิษฐ์เครื่องยนต์ดีเซลให้เครดิตกับรูดอล์ฟดีเซลซึ่งยื่นจดสิทธิบัตรเครื่องยนต์ดีเซลครั้งแรกในปี พ.ศ. 2435 การใช้น้ำมันถั่วลิสง (แทนที่จะเป็นผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม) เพื่อเป็นเชื้อเพลิงให้กับเครื่องยนต์ ซึ่งแสดงให้เห็นในงานนิทรรศการในปี พ.ศ. 2432 ที่ปารีส ถือได้ว่าเป็นความพยายามครั้งแรกในการใช้เชื้อเพลิงไบโอดีเซล ดีเซลรับรู้ว่าการออกแบบเครื่องยนต์ของเขาเป็นทางเลือกแทนเครื่องยนต์อื่นๆ ในยุคนั้นที่คนทั่วไปสามารถใช้ได้โดยไม่ต้องพึ่งพาอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ ในปัจจุบัน น้ำมันดีเซลมีสองประเภทหลัก: น้ำมันดีเซลจากปิโตรเลียม (บางครั้งเรียกว่าน้ำมันเบนซิน) ซึ่งได้มาจากน้ำมัน และเชื้อเพลิงไบโอดีเซลที่ผลิตจากวัสดุอินทรีย์ เช่น
น้ำมันดีเซลที่ส่งถึงผู้ใช้จะเริ่มต้นชีวิตด้วยน้ำมันดิบ ซึ่งเป็นผลมาจากปริมาณชีวมวล (พืชและสัตว์) จำนวนมากที่สลายตัวไปพร้อมกับแรงดันและความร้อน เมื่อน้ำมันพื้นฐานนี้ถูกเก็บเกี่ยวแล้ว น้ำมันจะถูกส่งไปยังโรงกลั่นที่ผ่านสามกระบวนการ: การแยก การแปลง และการทำให้บริสุทธิ์ กระบวนการแยกเกิดขึ้นในหอกลั่นขนาดใหญ่ ซึ่งน้ำมันถูกความร้อนจัด ทำให้แยกออกเป็นก๊าซและของเหลว ผลิตภัณฑ์จะแยกตามความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างด้านล่างและด้านบนของหอคอย ผลิตภัณฑ์มีตั้งแต่ก๊าซโพรเพนที่อยู่ใกล้ด้านบน น้ำมันดีเซลที่อยู่ตรงกลาง และสารหล่อลื่นบริเวณด้านล่าง ขั้นตอนต่อไปในการผลิตดีเซลคือการแปลง ซึ่งมักจะเกี่ยวข้องกับการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยากับน้ำมันที่หนักกว่าบางส่วนจากกระบวนการแยกเพื่อสร้างน้ำมันเบนซิน ดีเซล และโพรเพนมากขึ้น ขั้นตอนสุดท้ายในกระบวนการคือการทำให้บริสุทธิ์ และมักจะเกี่ยวข้องกับการทำให้ผลิตภัณฑ์สัมผัสกับไฮโดรเจนและตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการกำจัดกำมะถัน
กระบวนการผลิตไบโอดีเซลเริ่มต้นด้วยน้ำมันพืชหรือไขมัน (อาจเป็นไขมันสัตว์ก็ได้) จากนั้นผสมกับแอลกอฮอล์ (โดยทั่วไปแล้วเมทานอล) และตัวเร่งปฏิกิริยา โดยทั่วไปแล้ว ส่วนผสมจะถูกให้ความร้อน ทำให้เกิดปฏิกิริยา เปลี่ยนไขมันเป็นกลีเซอรีนและไบโอดีเซล เมทานอลส่วนเกินจะถูกลบออกจากผลิตภัณฑ์ทั้งสองและมักใช้ซ้ำ ทั้งกลีเซอรีนและไบโอดีเซลอาจผ่านการทำให้บริสุทธิ์ก่อนจำหน่าย โดยที่กลีเซอรีนและไบโอดีเซลจะถูกกลั่นเพื่อขจัดสี