煤层气目标区对应于煤田或矿区的全国三级煤层气资源聚集地质单元。煤层气目标区一般受同一构造背景控制，含煤地层形成于同一聚煤盆地，且经聚煤期构造改造后基本连续分布，煤储层特征相近，如沁水盆地划分为阳泉-寿阳、和顺-左权、潞安、晋城、霍东、太原-西山6个目标区。1999年，中国煤田地质总局等单位通过对储量计算块段、勘探区（井田）、煤田（矿区）、聚煤带、大区的逐级测评，首次提出了全国煤层气区划方案，将全国划分为5个煤层气聚集区、30个煤层气聚集带和115个煤层气目标区。截至2015年底，多数煤层气目标区均做过煤层气勘查工作，晋城、府谷、韩城、离柳-三交、乡宁等煤层气目标区建成了中国大型煤层气产能基地，阜康-大黄山、织纳、六盘水、依兰等煤层气目标区实现了井网工业性煤层气流的突破。