ТЭК производит почти треть (27% в 1996 г.) валовой продукции района. В Поволжье ежегодно вырабатывают около 100 млрд кВт∙ч электроэнергии – примерно 10% ее общероссийского производства. По объему производимой электроэнергии район уступает лишь Центральному, Уральскому, Восточно-Сибирскому и Западно-Сибирскому. Район избыточен по производству электроэнергии.
Электроэнергетика Поволжья представлена тремя типами станций: ГЭС, тепловыми и атомными. На его территории находятся мощные ГЭС Волжско-Камского каскада: Волгоградская (2530 тыс. кВт) и Нижнекамская (1080 тыс. кВт).
ГЭС Волжско-Камского каскада играют большую роль в покрытии пиковых нагрузок в энергетической системе европейской части страны. Электроэнергию передают по ЛЭП-500 переменного тока Тольятти – Москва и Волгоград – Москва. Устойчивы связи с Уралом, осуществляемые по ЛЭП-220. Построены ЛЭП-500 Нижнекамская ГЭС – Чебоксары – Нижний Новгород. Развитие в районе нефтепереработки и химии органического синтеза потребовало создания мощной теплоэнергетики. Основным топливом для этих станции служат производимый в районе мазут, энергетические угли Кузбасса и природный газ Оренбургского месторождения. Наиболее крупные ТЭС – Заинская КЭС (2,4 млн. кВт), Нижнекамская, Новокуйбышевская, Тольяттинская ТЭЦ (по 250 тыс. кВт каждая) и Балаковская ТЭЦ (200 тыс. кВт).
Качественно новый этап в электроэнергетике Поволжья наступил в связи со строительством Балаковской АЭС (мощность 4 млн. кВт).
Ведущий в промышленности Поволжья нефтегазоэнергохимический цикл – крупнейший в стране по масштабам производства и по завершенности. Он включает в себя всю технологическую цепочку последовательной переработки нефти и газа – от их добычи до производства разнообразных химических продуктов и изделий из них. Развитию цикла способствовало, прежде всего, наличие мощной сырьевой базы. Нефтехимические производства смогли развиваться быстрыми темпами благодаря хорошей обеспеченности водными, топливными и энергетическими ресурсами. Важную роль сыграло также положение района в центре европейской части страны, в непосредственной близости от основных потребителей продукции, а также хорошая транспортная обеспеченность.
Основные нефтепромыслы Поволжья расположены в Республике Татарстан, Самарской, Волгоградской и Саратовской областях. На промыслах производят очистку нефти от воды, солей, подготовку ее к дальнейшей переработке, действуют установки комплексной подготовки нефти, с помощью которых при использовании широкой фракции нефтестабилизации извлекают углеводородное сырье. Здесь же и утилизируют попутные нефтяные газы, из которых на Миннибаевском (Татарстан) и Отрадненском (Самарская обл.) газобензиновых заводах вырабатывают сжиженные газы и газовый бензин. Содержание тяжелых углеводородов в попутном нефтяном газе достигает 25%. Процент утилизации его на заводах Поволжья — самый высокий в стране (более 80%). Дальнейшей переработке нефть и газ подвергают на нефтеперерабатывающих предприятиях, где из них получают топливо (автомобильный бензин, дизельное топливо, мазут), смазочные масла, сжиженные газы (пропан, бутан, изобутан и др.) – ценное сырье для химических производств. Крупнейшие предприятия нефтепереработки имеются в Самарской обл.: Сызранский завод (возник на базе эвакуированного в годы войны Бакинского нефтеперерабатывающего завода), Куйбышевский завод и Новокуйбышевский нефтехимический комбинат, Волгоградский нефтеперерабатывающий завод – ведущий в стране по выработке смазочных масел. Здесь сосредоточено около 15% производства масел в России, а объемы производства авиационных и трансмиссионных масел составляют соответственно 20 и 50% от их общероссийского производства. Нефтепереработка есть в Саратове; технологическая установка по переработке нефти создана на Нижнекамском нефтехимическом комбинате. Для нефтеперерабатывающих заводов района характерно высокое качество выпускаемой продукции – большая доля неэтилированных бензинов, пониженное содержание серы. В настоящее время в районе перерабатывают не только поволжскую нефть, но и поступающую по нефтепроводам Актау – Самара, Самотлор – Тюмень – Курган – Уфа – Альметьевск.
Добычу и переработку нефти ведут несколько нефтяных компаний. Большую часть добычи (66%) осуществляет нефтедобывающее объединение АО «Татнефть» с объемом добычи 25 млн. т.
Основные по переработке нефти – крупнейшие вертикально интегрированные нефтяные компании России, например ОАО «Лукойл», «Сиданко».
Углеводородное сырье используют для производства минеральных удобрений, синтетического этилового спирта, синтетического каучука, пластмасс и пр.
Для нефтегазоэнергохимического цикла Поволжья характерна высокая территориальная концентрация производства. В районе сложилось несколько крупных нефтехимических узлов. Сочетания нефтехимических производств в наиболее законченном виде возникли в пределах Самарской Луки: в Самаре, Новокуйбышевске, Сызрани, Тольятти. Новокуйбышевский нефтехимический комбинат – крупнейший производитель синтетического спирта, полиэтилена высокого и низкого давления. В Тольятти находятся заводы по производству синтетического каучука, минеральных удобрений. В Нижнекамске создан крупнейший в мире универсальный комплекс нефтехимических производств, выпускающий синтетический каучук, стирол, полиэтилен; построен шинный завод. На Нижнекамском нефтехимическом комбинате работают самые мощные в стране установки по переработке широкой фракции углеводородов. В Казани построен завод органического синтеза по выпуску полиэтилена высокого и низкого давления. Частично используя нефтехимическое сырье Волгоградского нефтеперерабатывающего завода, работают химические предприятия в городах Волгограде и Волжском. Волжский химический комбинат выпускает синтетический каучук, спирт, искусственное волокно; организовано производство шин и резинотехнических изделий. На Волгоградском химическом комбинате на базе переработки соли и природного газа создано производство соды, каустика, хлора, ядохимикатов, ацетилена, удобрений, хлорорганических продуктов, полихлорвиниловых и эпоксидных смол. Меньшее по объему сочетание химических производств есть в Саратове (синтетический спирт, искусственные волокна), Энгельсе и Балакове (искусственные волокна). На базе Астраханского газоконденсатного месторождения работает Астраханский газовый комплекс, включающий газопромыслы и газоперерабатывающий завод. Комплекс специализирован на выпуске технической газовой серы, автомобильного бензина, дизельного и котельного топлива, пропанобутановой фракции.