Secara operasional, kegiatan bisnis hulu Pertamina berada di bawah Upstream Subholding yang dikelola oleh PT Pertamina Hulu Energi (PHE). Kegiatan usaha Pertamina pada sektor hulu meliputi antara lain aktivitas eksplorasi serta produksi minyak, dan gas bumi, dengan cakupan seluruh wilayah kerja Pertamina di dalam maupun di luar negeri. PHE dalam hal ini memimpin beberapa anak perusahaan Pertamina lainnya, PT Pertamina EP, PT Pertamina Internasional Eksplorasi Produksi, PT Pertamina EP Cepu, PT Pertamina EP Cepu Alas Dara Kemuning, PT Pertamina Drilling Services Indonesia, PT Pertamina Hulu Indonesia dan PT Elnusa Tbk.
