合成燃料的种类较多，常见的是将煤、油页岩或沥青砂转变成合成石油或汽油；气态的甲烷可以从污水或淤泥中产生；燃料乙醇和生物柴油等可从特别栽培的植物和垃圾有机质中提炼。

19世纪末20世纪初，德国在化学方面的科学研究居于领先地位。一战爆发前的1913年，德国科学家将大量的氢随同催化剂与高温高压的煤炭进行化学反应，制成了一种高品位液体燃料。1923年，德国科学家F.费奇（Frans Fischer，1877～1947）和H.托罗普施（Hans Tropsch，1889～1935）发明了将一氧化碳和氢气在催化剂作用下，生成合成石油的方法，后人将该方法称为“费托合成”。同时，德国化学家贝吉乌斯发明了氢化法，该方法更为优化，能够合成航空用燃料。第二次世界大战期间，由于德国缺乏足够的石油供应，希特勒为发动战争，不惜代价地全力支持大规模研发煤制油的合成燃料，使该技术在德国得到了迅速发展，并成为战争中重要的燃料来源。

二战后，西方国家将该技术用于煤制油气的研发。实现了规模化生产煤制油气的案例有两个：一是南非的煤制油；二是美国的大平原煤制气。南非的煤制油技术沿袭了德国技术，加之是在政府主导下进行，经济性考量靠后，使得南非在经过长期的技术积累后，凭借丰富的煤资源发展出了独树一帜的煤制油产业。在美国，煤制油气的经济可行性饱受争议，不得不在1953年停止了该技术的研发。1973年石油危机爆发后，随着油价暴涨，美国煤炭研究办公室的预算得以增加，开始启动了一些科研示范性工程。美国的煤制油气技术在数十年研发历程中，唯有大平原煤制气厂（Great Plains Synfuels）成功实现了商业化的运营，该厂于1983年完工，但因人工制气价格远高于天然气市场价格而被美国的消费者团体提起诉讼，加之美国政府不愿提供更多的财政补贴，遂于1985年8月宣布破产。

进入21世纪后，随着全球环保意识的增强，以及城市空气污染问题日益严重，合成燃料作为清洁能源的重要组成部分，在全球范围内掀起了新一轮的开发热潮。

合成燃料制造过程大体分为三个阶段。①合成气的制造：碳水化合物分解制造（CO+H₂）的合成气；②合成气为原料的合成粗燃料：主要方法有费托合成、酒精合成、二甲醚（dimethyl ether; DME）合成等；③合成燃料的浓缩、提纯等。

中国对开发合成燃料技术的需求也日益迫切。随着中国大范围出现雾霾天气，民众要求改善环境、保护健康的呼声日渐高涨。中国政府开始了合成燃料开发、建设项目的审批，鼓励各方面对煤制天然气的投资，在宁夏、内蒙古、山西等产煤基地建设了一批煤炭液化、气化的企业。

意大利的生物柴油生产厂