Первоначально нефтегазоносный бассейн (НГБ) понимался как структурный элемент земной коры, содержащий нефтяные и газовые месторождения, позднее понятие о НГБ приобрело генетический смысл. Под НГБ стала пониматься область накопления осадочных пород, в процессе формирования которых происходили генерация нефти и газа, миграция и аккумуляция их в условиях длительной сохранности. Новые представления о НГБ были обобщены в монографии «Геология нефти и газа» (К. Бек, И.В. Высоцкий), вышедшей в 1976 г. Были разработаны классификации НГБ по различным признакам: на генетической (И.В. Высоцкий, В.Б. Оленин) и историко-геологической основах, по положению НГБ относительно элементов плитной тектоники (Б.А. Соколов).

В 1962 г. после кончины И.О. Брода на его должность был приглашен крупный ученый, геолог-геохимик Николай Брониславович Вассоевич. На кафедру приходит Ю.И. Корчагина, усилиями которой создается лаборатория геохимии органического вещества пород. Проблемы происхождения нефти и газа решались на кафедре на базе представлений о вертикальной зональности генерации углеводородов разного состава и фазового состояния.

Основное внимание уделялось зоне наиболее интенсивной генерации нефти, названной Н.Б. Вассоевичем главной фазой нефтеобразования. Историко-геологическая и геохимическая характеристики «Главной фазы нефтеобразования» детально разработаны на кафедре геологии и геохимии горючих ископаемых и описаны в трудах Н.Б. Вассоевича и Ю.И. Корчагиной. 

Также на кафедре велись исследования по ранней генерации нефти (О.К. Баженова), анализировались характеристики различных зон литогенеза и, прежде всего, катагенеза (Е.Е. Карнюшина), изучались природные резервуары — изменение их свойств в процессе литогенеза (Ю.К. Бурлин), развивалась угольная тематика (Ю.Р. Мазор, Н.В. Пронина). Выявлялись те параметры, с помощью которых можно было бы судить об особенностях генерации и миграции углеводородов, а также прогнозировать размещение нефти различного состава (А.Н. Гусева, Е.В. Соболева, Т.А. Кирюхина).

В 1982 г. заведующим кафедрой стал профессор Владимир Владимирович Семенович, крупный специалист по поискам и разведке нефтяных и газовых месторождений, с именем которого связано освоение нефтегазоносных территорий всего бывшего СССР, включая бассейны Западной Сибири, Средней Азии, Прикаспия, Тимано-Печоры и многих других регионов. 

В.В. Семенович пришел на кафедру геологии и геохимии горючих ископаемых с большим производственным опытом, являясь начальником управления нефти и газа Мингео СССР, где он планомерно создавал ресурсную базу страны. Свой опыт В.В. Семенович передавал студентам, читая курс лекций «Геология горючих ископаемых», «Гидрогеология нефти и газа» и «Ресурсология». Под руководством В.В. Семеновича на кафедре появилось новое направление «ресурсология», призванное оценить степень разведанности и восполнения начальных суммарных ресурсов страны.

Еще в 80-е годы большое внимание на кафедре геологии и геохимии горючих ископаемых уделялось морским работам. В 1984 году на кафедре создана новая специализация по поискам и разведке нефтяных и газовых месторождений в акваториях. 

Студенты проходили практику на специально оборудованных университетских судах в Черном море. В связи с подготовкой специалистов по поискам нефти и газа в акваториях велись геолого-геофизические исследования по нефтегазоносности Мирового океана (Б.А. Соколов. А.И. Конюхов, М.К. Иванов). 

С 1990 г. практика приобрела международное значение, оснащенные по последнему слову техники научно-исследовательские суда Мингео (НИС «Геленджик», НИС «Профессор Логачев») выполняли рейсы в Черном, Средиземном морях и Атлантическом океане, совмещая исследования с обучением российских и иностранных студентов (по программе ЮНЕСКО «Плавучий университет: Обучение через исследования», координатор М.К. Иванов).

С 1992 г. заведующим кафедрой стал член-корреспондент РАН, профессор Борис Александрович Соколов, ученик и последователь И.О. Брода, работавший на кафедре с 1954 г. Б.А. Соколов в своих трудах показал зависимость глубинного строения нефтегазоносносго бассейна с особенностями распределения месторождений нефти и газа. 

Он продолжил учение, начатое И.О. Бродом и Н.Б. Вассоевичем о нефтегазоносных бассейнах и основных источниках углеводородов. Он хорошо известен не только научными трудами по геологии нефти и газа, но и как опытный педагог и хороший организатор. Региональными исследованиями занимаются С.В. Фролов, Н.Ш. Яндарбиев, Г.Е. Яковлев, Н.А. Касьянова, Е.П. Свистунов и другие. 

Угольное направление с 1993 г. возглавляет М.В. Голицын. Он читает курсы «Угольные бассейны СССР», «Альтернативные энергоносители», дает оценку генерационного потенциала углей и их роли в образовании месторождений природного газа и нефти. Вместе с ним трудятся Н.В. Пронина, Е.Ю. Макарова, А.Х. Богомолов. Геохимические исследования нефтей проводят Е.В. Соболева, Т.Н. Корнева, И.М. Натитник, Е.Н. Сливко, Э.А. Абля. Природу органического вещества в осадках и горных породах изучают О.К. Баженова, Н.П. Фадеева, палеогеографическими и литологическими исследованиями под руководством Ю.К. Бурлина занимаются А.И. Конюхов, Е.Е. Карнюшина, Н.И. Коробова.

В 2004 году кафедру возглавил профессор Михаил Константинович Иванов, идейный вдохновитель морского направления на кафедре, основатель программы «Плавучий Университет: Обучение через исследования», получившей широкую поддержку европейских университетов и морских институтов, и учебно-научного центра ЮНЕСКО-МГУ по морской геологии и геофизике. 

На счету специалистов и студентов кафедры, прошедших «Плавучий университет» — ряд важных научных открытий в областях, связанных с современными геологическими процессами и потенциальными минеральными ресурсами Мирового океана, и внедрение революционно новых технологий обучения специалистов морских наук (Г.Г. Ахманов, Е.В. Козлова, А.Л. Волконская).

М.К. Иванов добился оснащения кафедры супер-современным оборудованием, к традиционным литологическим и геохимическим направлениям он прибавил мощную лабораторию петрофизических исследований керна. В учебный процесс было внесено обучение студентов работе с основными пакетами программ, широко применяющимися в нефтяных компаниях для геологической интерпретации и построения моделей различных уровней (О.В. Крылов), введены новые дисциплины в области петрофизики, физики нефтяного пласта (Г.А. Калмыков, Д.В. Корост, Р.А. Хамидуллин), современных методов разработки месторождений нефтяной гидрогеологии, резервуарной геохимии (Е.Н. Полудеткина) и др.

В августе 2012 г. заведующей кафедры стала Ступакова Антонина Васильевна, специалист по геологическому строению и нефтегазоносности северных регионов. Область ее научных интересов затрагивает моделирование осадочных бассейнов арктического шельфа, раздельный прогноз нефти и газа на акватории Баренцева моря и критерии поиска крупных и уникальных месторождений углеводородов на шельфе Арктических морей.