Атырауская область обладает уникальными полезными ископаемыми широкого спектра, главным образом углеводородного сырья, представленного месторождениями надсолевой и подсолевой нефти с сопутствующими газами (Урало - Эмбинский нефтеносный район). Особый интерес представляет уникальное Тенгизское месторождение нефти, разработка которого начата в конце 90-х годов ХХ века, а также перспективные залежи нефти и газа под морским дном северо-восточного Каспия.

Уникальный комплекс химического сырья области связан с Индерским соляно-купольным поднятием, основными составляющими которого являются боратовые руды, калийные соли, соединения магния, кальция, брома, поваренная соль и сопутствующие рассеянные и редкие элементы. Разведанные и утвержденные запасы природных ископаемых на территории Индерского района позволяют начать здесь строительство крупного химического комплекса по выпуску борной кислоты и производных на основе бора, сульфатов калия и магния, соды, калийных удобрений.

На участке Жанасу - Туресай обнаружены промышленные запасы минеральных вод.

Наличие на территории области месторождений кирпичного и керамзитового сырья, строительного камня, песка, песчано-гравийной смеси, гипса, мела, известняка, ракушки, силикальцита, киров, имеющих промышленное значение, создает благоприятные условия для вложения инвестиций в развитие здесь современной строительной индустрии.

Область богата запасами различных полезных ископаемых: глины для кирпичного производства (запасы оцениваются в 52,7 млн. тонн); калийной соли (697 млн. тонн); строительного песка (41,2 млн. м³); гипса (21,0 млрд. тонн); поваренной соли (687,0 млн. тонн); песчано-гравийной смеси (12,0 млн. м³); известняк (1,9 млн. м³); мел (95,2 млн. тонн); бешофит (50,0 тыс. тонн); источниками минеральной воды, насыщенной диоксидом натрия, хлорида кальция, хлорида магния, сульфата магния, их запасы составляют 898 млн. м³.

Следует отдельно отметить Тенгиз (каз. Теңіз) — нефтегазовое месторождение которое расположено 160 км к юго-востоку от города Атырау. Месторождение Относится к Прикаспийской нефтегазоносной области и было открыто в 1979 году.

Первооткрывателами месторождения Тенгиз является Жолдаскали Досмухамбетов, Булекбай Сагингалиев, Булат Еламанов, Асабай Хисметов, Кумар Балжанов, Валентин Авров, Махаш Балгимбаев, Орынгазы Исказиев которые были удостоены Государственной премии Республики Казахстан. 6 апреля 1991 года в эксплуатацию был введен нефтегазовый комплекс - Тенгизский нефтегазоперерабатывающий завод и промысел, что положило начало промышленной добычи на данном месторождении.

Залежи углеводородов Тенгизского месторождения расположены на глубине 3,8—5,4 км. Залежь массивная, рифогенного строения. Нефтеносность связана с отложениями средне-нижнекаменноугольного и девонского возрастов.

Извлекаемые запасы месторождения оцениваются от 750 млн. до 1 млрд. 125 млн. тонн нефти. Прогнозируемый объем геологических запасов составляет 3 млрд. 133 млн. тонн нефти. Запасы попутного газа оцениваются в 1,8 трлн. м³.

В 1993 г. Правительство Казахстана учредило ТОО СП «Тенгизшевройл» совместно компанией «Chevron» для разработки нефтяного месторождения Тенгиз. Сегодня партнерами являются уже четыре компании: АО НК «Казмунайгаз» (20%), «Chevron Overseas» (50%), «Exxon Mobil»(25%) и «Лукойл»(5%). Изначально доля Казахстана составляла 60%. Затем 25% были проданы Chevron Overseas, а 15% Exxon Mobil, доля Лукойла осталась без изменений. Соотвественно, в распоряжении Казахстана осталась 20% доля - передана в управление Казмунайгазу. Тенгиз занимает 2 место по запасам нефти в Казахстане (после Кашаганского месторождения).